DE2725617A1

DE2725617A1 - Verfahren und anordnung zur entfernungsmessung

Info

Publication number: DE2725617A1
Application number: DE19772725617
Authority: DE
Inventors: Norman L Tauffer
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1976-06-14
Filing date: 1977-06-07
Publication date: 1977-12-22
Also published as: GB1555425A; CA1086541A; US4078171A; JPS52153433A; DE2725617C2; JPS5749884B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Entfernung eines Objektes nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1 sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens. Ein Hauptanwendungsgebiet des Verfahrens und der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Zusammenhang mit der automatischen Fokussierung von Kameras gegeben.

Entfernungsmesseinrichtungen und automatische Fokussieranordnungen haben in den vergangenen Jahren eine beträchtliche Bedeutung erlangt. Eine vorteilhafte Art solcher Entfernungsmeß- und automatischer Fokussiereinrichtungen beruht auf einem Bildvergleich des zu niessenden Objektes. Beispiele solcher Meßeinrichtungen können den US-Patentschriften 3 836 772, 3 838 275, 3 958 117 und 3 274 914 entnommen werden.

Diese auf der Bildkorrelation beruhenden Einrichtungen umfassen zwei optische Hilfselemente, ζ. Β. Linsen oder Spiegel und zwei Detektoranordnungen. Die Objektentfernung wird bestimmt durch eine Relativbewegung zwischen einem der optischen Hilfselemente und einer der strahlungsempfindlichen Detektoranordnungen bis zu einer Korrelationsposition. Diese Position bildet ein Maß für die bestehende Entfernung zwischen dem Objekt und dem Meßort.

Die Relativbewegung zwischen dem optischen Hilfselement und der Detektoranordnung findet bei jeder Entfernungsmessung bzw. Fokussierung statt. Der kritische Zustand tritt dann auf, wenn die Strahlenverteilung der auf den beiden Detektoranordnungen erzeugten Hilfsbilder am besten übereinstimmt. Dieser Zustand der besten Übereinstimmung führt zu einem charakteristischen Wert hinsichtlich des verarbeiteten elektrischen Ausgangssignales.

In den meisten Systemen wird die Relativbewegung des optischen Hilfselementes in Bezug auf die Detektoranordnung durch Bewegung einer Linse oder eines Spiegels relativ zu der Detektoranordnung

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erzielt. Die besondere Stellung des optischen Hilfselementes bei der besten Übereinstimmung der Strahlenverteilung ist ein Maß für die vorliegende Entfernung des Objektes vom Meßort. In automatischen Fokussiersystemen wird die Stellung des optischen Hilfselementes zum Zeitpunkt der besten Übereinstimmung der Strahlenverteilung benutzt, um die Lage eines optischen Elementes, beispielsweise einer Aufnahmelinse einer Kamera, zu steuern.

Obgleich diese Entfernungsmeß- und automatischen Fokussiereinrichtungen sich in vielen Anwendungsfällen als vorteilhaft erwiesen haben, sind sie doch noch in mancher Hinsicht verbesserung swürdig. Insbesondere führt die erforderliche Bewegung eines optischen Hilfselementes und die genaue Bestimmung der Position dieses Elementes bei abgeglichener Strahlenverteilung zu einem beträchtlichen mechanischen und elektrischen Aufwand. Zudem erfordern diese bekannten Systeme Antriebsmittel, um das optische Hilfselement zu bewegen. Besonders in automatischen Kameras, deren Gewicht und Größe gewisse kritische Grenzen nicht überschreiten soll, führen solche zusätzlichen Antriebsmittel zu Problemen.

In der US-PS 3 945 023 ist eine Entfernungsmeß- und automatische Fokussiereinrichtung dargestellt und beschrieben, bei der eine Abtastung der Stellung eines Spiegels oder einer Linse nicht erforderlich ist. In dieser bekannten Anordnung werden die Ausgangssignale von Detektoren in zwei Detektoranordnungen ungleicher Länge miteinander verglichen und verarbeitet, um eine Anzeige der Objektentfernung zu erzeugen. In Abhängigkeit von dieser Signalverarbeitung wird die Hauptlinse des Systems in eine bestimmte Zone verschoben. Ist eine hohe Genauigkeit, d. h. eine große Anzahl von Einstellzonen gefordert, so wird bei diesem bekannten System die Signalverarbeitung sehr aufwendig.

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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, bei dem die Signalverarbeitung in wesentlich einfacher Weise erfolgen kann. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind den Unteransprüchen entnehmbar .

Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen sei die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Entfernungsmeßeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Signalverarbeitungsschaltkreises gemäß der vorliegenden Erfindung und

Fig. 3 ein digitales automatisches Fokussiersystem.

Gemäß Fig. 1 ist die digitale Entfernungsmeßvorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Dieses System erfordert keine schwierige Analogmessung, besitzt keine beweglichen Teile und gibt ein digitales Ausgangssignal, welches die Verwendung der Vorrichtung in einer Vielzahl von Systemen ermöglicht.

Das digitale Entfernungsmeßsystem weist zwei getrennte, aus mehreren Detektorelementen bestehende strahlungsempfindliche Detektoranordnungen 10a und 10b auf, wobei N Elemente in jeder Detektoranordnung angeordnet sind. Diese Detektoranordnungen werden vorzugsweise als Teil eines einzigen monolithisch integrierten Schaltkreises hergestellt und sie weisen eine große Anzahl N von einzelnen Detektorelementen auf. Wenn eine große Anzahl einzelner Detektorelemente verwendet wird, so kann eine genaue Entfernungsmessung mit Detektoranordnungen gleicher Länge

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durchgeführt werden. Die gleiche Länge ermöglicht eine weitgehende Vereinfachung der Signalverarbeitung. Die Detektoranordnungen 10a und 10b bestehen vorzugsweise aus Ladungsverschiebeeinrichtungen (CCD = charge coupled device) oder aus Ladungsinjektionseinrichtungen (CID = charge injection device). In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen die Detektoranordnungen 10a und 10b jeweils aus einer Ladungsverschiebeeinrichtung mit 128 Elementen.

Linsen 12a und 12b sind den Detektoranordnungen 10a und 10b entsprechend zugeordnet. Die Linse 12a bildet ein erstes Meßbild des Objektes auf der Detektoranordnung 10a ab. In gleicher Weise bildet die Linse 12b ein zweites Meßbild des Objektes auf der zweiten Detektoranordnung 10b ab.

Die relative Lage des ersten und zweiten Meßbildes auf der ersten und zweiten Detektoranordnung 10a und 10b ist ein Maß für die Entfernung des Objektes. Die Verschiebung des zweiten Meßbildes in Bezug auf die entsprechenden Detektoren der ersten Detektoranordnung ist durch die Zahl η gegeben, wobei η <£ N ist. In der Praxis weist N vorzugsweise einen großen Wert, z.B. den Wert 128 auf und der Maximalwert von n, der der am nächsten liegenden Objektentfernung entspricht, liegt im Bereich zwischen 10 und ungefähr 30. In weniger genauen Systemen kann N den Wert von 64 aufweisen und der Maximalwert von η beträgt ungefähr 6. In der Vorrichtung gemäß Fig. 1 tritt ein Abgleichzustand bei einer unendlichen Objektentfernung auf. In diesem Fall, der durch die beiden ausgezogenen Pfeile angedeutet ist, weist η den Wert 0 auf, da die Lage der beiden Bilder auf der ersten und zweiten Detektoranordnung 10a und 10b identisch ist.

Die Verschiebung des zweiten Meßbildes in Bezug auf das erste Meßbild wächst an, wenn das zu messende Objekt näher an den Meßort heranrückt. Dies wird durch den gestrichelten Pfeil,

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der auf die Detektoranordnung 10b gerichtet ist, in Fig. 1 angedeutet. Die Beziehung zwischen der Objektentfernung s und der Zahl η von Detektoren, um die das zweite Meßbild in Bezug auf das erste Meßbild verschoben ist, läßt sich durch die folgende Gleichung ausdrücken:

η = f«d/s*e,

wobei f der Brennweite der Linsen 12a und 12b, d dem Abstand zwischen den Linsen 12a und 12b, s der Objektentfernung und e dem Abstand der Detektorelemente innerhalb der Detektoranordnungen 10a und 10 b entspricht.

Die Verarbeitung der Ausgangssignale der Detektoranordnungen 10a und 10b wird durch den digitalen Rechenmoduls 14 und die Steuerung 16 bewerkstelligt. Dem digitalen Berechnungsmodul 14 v/erden die Ausgangssignale der Detektoranordnungen 10a und 10b zugeführt und er bestimmt die Anzahl der Elemente n, um die das zweite Meßbild in Bezug auf das erste Meßbild verschoben ist. Das Ausgangssignal des digitalen Berechnungsmoduls 14 stellt vorzugsweise ein Digitalwort dar, das ein Maß für die Zahl η ist. Da η umgekehrt proportional der Objektentfernung s ist, zeigt das Ausgangssignal des digitalen Berechnungsmoduls 14 die Entfernung s an.

Die Steuerung 16 steuert die Operation der Detektoranordnungen 10a und 10b und des digitalen Berechnungsmoduls 14. Der Betrieb der Steuerung 16 wird durch ein vom Benutzer erzeugtes Signal ausgelöst, das beispielsweise durch das Schließen von Kontakten erzeugt werden kann.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 werden die Ausgangssignale der Detektoranordnungen 10a und 10b seriell dem digitalen Berechnungsmodul 14 zugeführt. Ein solcher Betrieb bildet ein vorteilhaftes Verfahren zum Auslesen der Daten aus den Detektoranordnungen 10a und 10b, insbesondere wenn die Detektoranordnungen aus LadungsverSchiebeeinrichtungen bestehen. Obgleich

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parallele Ausgangssignale der Detektoranordnungen 10a und 1Ob ebenfalls benutzt werden könnten, erfordert eine solche Lösung jedoch eine große Anzahl von Verbindungen mit dem digitalen Berechnungsmodul 14. Wenn die Zahl N der Detektoren in jeder Detektorancrdnung 10a und 10b sehr groß wird, was im Hinblick auf eine hohe Genauigkeit wünschenswert ist, so bildet die serielle übertragung der Ausgangssignale der Detektoranordnungen 1Oa und 10b eine sehr vorteilhafte Lösung.

Wenn die Detektoranordnungen 10a und 10b aus Ladungsverschiebeeinrichtungen bestehen, so erzeugt die Steuerung 16 Signale, die die serielle übertragung der Detektorsignale durch die Detektoranorönung und zu dem digitalen Berechnungsmodul 14 hervorrufen. Die Technik des Strahlenempfangs und der Verschiebung der Empfangssignale in Ladungsverschiebeeinrichtungen ist anderweitig bekannt. Der Verschiebetakt des Ausgangssignals ist hierbei sehr viel kürzer als die Empfangs- oder Integrationszeit der Detektoranordnung.

Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Signalverarbeitungsschaltkreises gemäß Fig. 1. Der Signalverarbeitungsschaltkreis weist einen Digitalisierschaltkreis 18 und einen digitalen Korrelatorschaltkreis 20 auf. Die Steuerung 16 umfaßt einen Taktgeber 22 und eine Steuerlogik 24. .

Der Digitalisierschaltkreis 18 empfängt die Ausgangssignale der Detektoranordnungen 10a und 10b und digitalisiert diese Ausgangssignale. Die digitalisierten Ausgangssignale stellen erste und zweite digitalisierte Darstellungen des ersten und zweiten Meßbildes dar. Der Digitalisierschaltkreis 18 kann diese Funktion auf verschiedene Weisen ausführen.

Zunächst kann das Ausgangssignal eines jeden Elementes als ein ^M1"-Signal angesehen werden, wenn sein Pegel über einem mittleren Dezugspegel liegt und es kann als "0"-Signal angesehen werden, wenn sein Pegel unterhalb dieses Bezugspegels liegt. Eine

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weitere Möglichkeit besteht darin, das Ausgangssignal eines jeden Elementes auf "1" zu setzen, wenn es größer als das Ausgangssignal des vorangegangenen Elementes ist oder auf "O zu setzen, wenn es den gleichen Wert innerhalb bestimmter Grenzen aufweist. Werte kleiner als dasjenige Ausgangssignal des vorangegangenen Detektors können entweder auf "O" oder "1" gesetzt v/erden. Ein "1 "-Signal ist nur dann vorhanden, wenn eine Veränderung des Lichtpegels vorliegt. Schließlich besteht eine Möglichkeit darin, den Lichtpegel zu digitalisieren, um einen Pegelbereich kenntlich zu machen. Anstelle eines Wertes von "O" oder "1" für jedes Detektor-Ausgangssignal wird ein Digitalwort als Detektor-Ausgangssignal erzeugt. Dieses Digitalv;ort repräsentiert den Lichtpegel bzw. den Logarithmus des Lichtpegels.

Der digitale Korrelator 20 vergleicht wiederholt die ersten und zweiten digitalisierten Signaldarstellungen und erzeugt ein Ausgangssignal entsprechend der Zahl n. In der speziellen Ausführungsform gemäß Fig. 2 führt der digitale Korrelator 20 eine digitale Korrelation zwischen zwei Worten gleicher Länge (128 Bit) durch. Die spezifische Verwirklichung des digitalen Korrelators hängt selbstverständlich in gewisser Weise von der Länge der beiden Worte ab.

Die beiden Digitalworte des Digitalisierungsschaltkreises 18 werden anfänglich in Schieberegister 26a und 26b eingeschoben. Jedem Schieberegister sind logische Schaltkreise zugeordnet, um nach dem anfänglichen Laden derselben diese in einer Ringbetriebsweise zu betreiben. Diese logischen Schaltkreise umfassen UND-Gatter 28a, 28b, 30a und 30b, Inverter 32a und 32b und ODER-Gatter 34a und 34b.

Die beiden Digitalworte von dem Digitalisierungsschaltkreis werden den UND-Gattern 30a und 30b zugeführt. Ferner wird den UND-Gattern 30a und 30b von der Steuerlogik 24 ein Steuersignal

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zugeführt. Die Ausgangssignale der UND-Gatter 30a und 30b bilden Eingangssignale für die ODER-Gatter 34a und 34b. Das Steuersignal der Steuerlogik 24 wird durch die Inverter 32a und 32b invertiert und bildet Eingangssignale für die UND-Gatter 28a und 28b. Die Ausgangssignale der Schieberegister 26a und 26b bilden die anderen Eingangssignale für die UND-Gatter 28a und 28b. Die Ausgangssignale der UND-Gatter 28a und 28b bilden weitere Eingangssignale für die ODER-Gatter 34a und 34b.

Im Betrieb v/erden die UND-Gatter 30a und 30b durch ein "1"-Signal der Steuerlogik 24 vorbereitet und gestatten die Eingabe neuer Digitalworte in die Schieberegister 26a und 26b. Dasselbe "1"-Signal sperrt die UND-Gatter 28a und 28b, so daß die zu diesem Zeitpunkt in den Schieberegistern 26a und 26b gespeicherte Information nicht erneut eingegeben werden kann.

Nachdem die Digitalworte in die Schieberegister 26a und 26b eingegeben worden sind, wechselt das Steuersignal der Steuerlogik 24 auf "0", wodurch die UND-Gatter 28a und 28b vorbereitet und die UND-Gatter 30a und 30b gesperrt werden. Die Schieberegister 26a und 26b befinden sich somit in einer Ringschaltung.

Der Inhalt der Schieberegister 26a und 26b wird sodann in Abhängigkeit von zwei Taktsignalen CLK CLK. , die von der Steuerlogik 24 geliefert werden, im Ring verschoben. Jedesmal, wenn ein "1"-Signal an den Ausgängen der Register 26a und 26b gleichzeitig auftritt, erzeugt das UND-Gatter 36 beim gleichzeitigen Auftritt eines Abtastimpulses von der Steuerlogik 24 ein Ausgangssignal. Die Ausgangsimpulse des UND-Gatters 36 werden in einen Binärzähler 38 eingezählt. Die Anzahl der Taktimpulse CLK_a und CLK^ entspricht genau der Anzahl von Bits in den Schieberegistern 26a und 26b. Bei

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Beendigung einer vollständigen Ringverschiebung wird der im Zähler 38 aufgesammelte Zählstand in den mit wahlfreiem Zugriff ausgestatteten Speicher 40 (RAM) in einen Speicherplatz eingegeben, der durch den Zustand des Adressenzählers 42 bestimmt ist. Bei der Auslösung der Korrelationsfolge befindet sich der Adressenzähler 4 2 im gelöschten Zustand. Hierdurch wird die Anfangsspeicheradresse festgelegt und die erste Eingabe erfolgt unter der niedrigsten Adresse.

Bei Beendigung der ersten Ringverschiebung des Inhalte der Schieberegister 26a und 26b wird ein Extra-Taktimpuls am Takteingang des Schieberegisters 26b erzeugt. Hierdurch wird der Inhalt des Schieberegisters 26b um ein Bit in Bezug auf den Inhalt des Schieberegisters 26a verschoben. Zur gleichen Zeit wird der Inhalt des Adressenzählers 42 um eins erhöht. Der Zähler 38 wird gelöscht und es wird mit der zweiten Ringverschiebung des Inhalts der Register 26a und 26b begonnen. Die Ausgangsimpulse des Gatters 36 werden erneut in den Zähler 38 eingezählt. Diese Betriebsweise wird fortgesetzt,- bis die Anzahl der Verschiebungen dem Wert η der am nächsten liegenden in Frage kommenden Objektentfernung entspricht. Nach jeder vollständigen Ringverschiebung wird der Inhalt des Zählers im Speicher 40 unter der nächsthöheren Adresse abgelegt, wobei diese Adresse jeweils durch Erhöhung des Inhalts des Adresszählers 42 um eins bei jeder vollständigen Ringverschiebung erhalten wird.

Die beste Korrelation, die der Entfernung zwischen dem zu messenden Objekt und den beiden Detektoranordnungen entspricht, ist durch die Adresse des höchsten im Speicher 40 während des Korrelationsverfahrens gespeicherten Zählstand vorgegeben. Der letzte Schritt bildet die Bestimmung dieser Adresse. Die größte Zahl im Speicher wird wie folgt bestimmt:

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Der Adresszähler 42 wird auf die höchste Adresse eingestellt, die durch einen Wert repräsentiert wird, bei dem alle Stellen des Adresszählers 42 den Wert "1" aufweisen. Diese Adresse wird sodann in der Verriegelung 44 gespeichert. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, die in der Verriegelung 44 gespeicherte Zahl von einer anderen Quelle als dem Adresszähler 42 abzuleiten. Es ist somit einzig und allein die Forderung zu erfüllen, daß die anfänglich in der Verriegelung 44 gespeicherte Zahl so hoch sein muß, wie der höchstmögliche im Speicher 40 enthaltene Zählstand. Die in der Verriegelung 44 gespeicherte Zahl muß jedesmal um eins erniedrigt werden, wenn bei einem vollständigen Vergleich mit dem Inhalt des Speichers 40 keine Übereinstimmung gefunden worden ist. Der Adressenzähler 42 stellt eine geeignete Einrichtung zur Vorgabe der Zahl und zur Erniedrigung dieser Zahl dar.

Nachdem der höchste Zählstand in der Verriegelung 44 gespeichert ist, wird der Adressenzähler 42 auf Null heruntergezählt. Alle Speicherplätze im Speicher 40 werden hierbei der Reihe nach adressiert und durch den Vergleicher 46 mit dem Inhalt der Verriegelung 44 verglichen. Wenn irgendein Speicherplatz im Speicher 40 in allen Stellen den Wert "1" aufweist, gibt der Vergleicher 46 ein Ausgangssignal aus, durch welches das Auftreten eines stattgefundenen Vergleichs angezeigt wird. In diesem Punkt wird der Korrelationsprozeß angehalten und die spezielle im Adressenzähler 42 enthaltene Adresse wird zu diesem Zeitpunkt in die Verriegelung 44 eingegeben. Diese Adresse entspricht der Zahl n.

Wenn keine Übereinstimmung mit dem höchsten Zählstand gefunden wird, so wird der Inhalt des Adressenzählers 42, ausgehend von seinem vorhergehenden Höchstzählstand um eins erniedrigt und dieser Zählstand wird in der Verriegelung 44 abgespeichert. Das Herunterzählen der Adresse und der Vergleich wird sodann

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jeweils wiederholt. Das Verfahren der Adressenerniedrigung und des Vergleichs des Inhalts des Speichers 40 mit dem Inhalt der Verriegelung 44 wird fortgesetzt bis eine Übereinstimmung gefunden wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der Korrelationsprozeß beendet. Die spezielle Speicheradresse, unter der die Übereinstimmung auftritt, bildet die Zahl n, die seinerseits das Ausgangssignal der SignalverarbeitungseinheJt bildet.

Das Ausführungsbeispiel der Signalverarbeitungseinrichtung gemäß Fig. 2 ist besonders vorteilhaft, da es eine verhältnismäßig kleine Anzahl von Schaltkreiselementen verwendet. Andere Formen der Signalverarbeitung können jedoch ebenfalls benutzt werden. Einen wichtigen Gesichtspunkt stellt die Aufwandsverminderung hinsichtlich des digitalen Berechnungsmoduls 14 und der Steuerung 16 gemäß Fig. 1 dar. Die bisher beschriebene Anordnung gestattet die Integration der Detektoranordnungen 10a und 1Ob, des digitalen Berechnungsmoduls 14 und der Steuerung in einem einzigen monolithisch integrierten Schaltkreis oder in einer relativ kleinen Anzahl von integrierten Schaltkreisen.

Fig. 3 zeigt ein digitales automatisches Fokussiersystem, das in photographischen Geräten, wie beispielsweise Kameras für stehende oder bewegte Bilder benutzt werden kann. Das System weist einen digitalen Fokussiermodul 50 auf, der der Anordnung gemäß Fig. 1 entsprechen kann. Das Ausgangssignal des digitalen Fokussiermoduls 50 bildet ein erstes Digitalwort, welches benutzt wird, um die Lage einer primären optischen Einrichtung 52, wie beispielsweise der Aufnahmelinse einer Kamera,zu steuern. Ein Linsen-Positionscodierer 54 erzeugt ein zweites Digitalwort entsprechend der Position der optischen Einrichtung 52 in Bezug auf den Film 56. Ein digitaler Vergleicher 58 vergleicht das erste mit dem zweiten Digitalwort. Die Position des optischen Elementes 52 wird durch eine Antriebseinrichtung 60 festgelegt, die von einer Antriebssteuereinrichtung 62 angesteuert wird. Der Ausgang des digitalen Vergleichers 58 ist mit der Antriebssteuereinrichtung 62 verbunden, so daß die

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Stellung der optischen Einrichtung 52 in Bezug auf den Film 56 durch den Vergleich des ersten Digitalwortes mit dem zweiten Digitalv.'ort gesteuert wird.

In dem System gemäß Fig. 3 stellt das erste Digitalwort des digitalen Fokussiermoduls 50 die geforderte Stellung der optischen Einrichtung 52 dar. Wenn die Stellung des optischen Elementes 52, die durch das zweite Digitalwort repräsentiert wird, mit dem ersten Digitalwort übereinstimmt, so ist das System fokussiert. Im Falle einer Kamera für stehende Bilder wird die Bewegung des optischen Elementes 52 in diesem Punkt angehalten. In einem gleitenden Fokussiersystem bei einer Kamera für bewegliche Bilder wird die Stellung der Linse fortlaufend gesteuert. Dies bedeutet, daß die Stellung des optischen Elementes 52 fortlaufend justiert wird, um das zweite Digitalwort in Übereinstimmung mit dem ersten Digitalwort zu bringen, wenn sich dieses erste Digitalwort auf Grund der wechselnden Objektentfernung verändert.

Wenn der digitale Fokussiermodul 50 die in Fig. 1 dargestellte Foxm aufweist, so stellt sich die das erste Digitalwort repräsentierende Digitalzahl η wie folgt dar:

η = f^#d/s*e,

wobei f der Brennweite der Hilfslinse, d dem Hilfslinsenabstand, e dem Abstand der Detektorelemente und s der Objektentfernung entspricht. Die Verschiebung der Aufnahmelinse der Kamera zwecks Fokussierung stellt sich wie folgt dar:

Δβ - f*/s-f_t,

wobei f. die Brennweite der Aufnahmelinse darstellt. Wenn die Entfernung Objekt-Kamera um ein Mehrfaches die Brennweite der Aufnahmelinse übertrifft, so ergibt sich folgende Beziehung:

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Die Linsenverschiebung für eine Fokussierung ist ungefähr proportional n, wobei η der Anzahl der Detektorelemente entspricht, um die das Bild in Bezug auf das Bezugsbild (unendliche Objektentfernung) verschoben ist. Das System erfordert nur eine geringfügige oder gar keine spezielle geometrische Korrektur.

Das System gemäß Fig. 3 kann verschiedene Formen aufweisen. Beispielsweise kann die Antriebseinrichtung 60 durch einen Motor vorgegeben sein und die Antriebssteuereinrichtung 62 kann durch eine Motor-Antriebssteuerung gebildet werden. Im Unterschied hierzu kann die Antriebseinrichtung 60 ebenfalls in Form einer mechanischen, Federn aufweisenden Einrichtung realisiert werden.

In gleicher Weise kann der Linsen-Positionscodierer 54 in irgendeiner bekannten Form realisiert werden. Die Stellung des optischen Elementes 52 kann analog gemessen werden und sodann durch einen Digital/Analogwandler in ein Digitalwort umgewandelt werden. Die direkte digitale Codierung der Stellung des optischen Elementes 52 ist jedoch vorzuziehen.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem das automatische Fokussiersystem bei einer Kamera für stehende Bilder Verwendung findet, ist die optische Einrichtung 52 zunächst auf eine nahe Objektentfernung fokussiert. Die optische Ein richtung 52 wird sodann für eine Bewegung in Richtung auf den Film 56 freigegeben. Bei ihrer Bewegung wird eine Reihe von Impulsen erzeugt, wobei beispielsweise bei einer Bewegung um 0,025 mm ein Impuls erzeugt wird. Die Impulszahl wird in ein zweites Digitalwort umgewandelt, das die Stellung der optischen Einrichtung 52 anzeigt. Die Impulse können durch eine Maske mit

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kleinen Löchern erzeugt werden, die vor einer Lichtquelle vorbeibewegt wird und hierbei Impulse in einem Detektor erzeugt. Die Maske ist in diesem Fall mit der optischen Einrichtung 52 verbunden.

In einem anderen Ausführungsbeispiel, bei welchem eine rotierende Einrichtung zur Fortbewegung der optischen Einrichtung 52 benutzt wird, erzeugt ein die Wellenumdrehungen erfassender Zähler Impulse bzw. ein rotierendes Getriebe betätigt einen Kontakt. Der erzeugte Zählstand wird erneut in ein zweites Digitalwort umgewandelt, welches mit dem ersten Digitalwort durch den digitalen Vergleicher 58 verglichen wird. Die Bewegung der optischen Einrichtung 52 wird angehalten, wenn die beiden Worte identisch sind.

In einem gleitenden Fokussiersystem bei einer Kamera für bewegliche Bilder kann eine Positions-Codiermaske verwendet werden, die dem linearen Äquivalent eines Winkelcodierers entspricht. Es wird somit ein zweites, die Linsenposition anzeigendes Digitalwort erzeugt. Dieses zweite Digitalwort wird sodann mit dem ersten Digitalwort verglichen. Das Ausgangssignal des digitalen Vergleichers 58 gibt eine Richtungsinformation zur erneuten Fokussierung des optischen Elementes 52. s

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J9

Leerseite

Claims

Honeywell inc. 7. Juni 1977 Honeywell Plaza 4004028 Ge Minneapolis, Minn., VSh Verfahren und Anordnung zur Entfernungsmessung Patentansprüche t

1.) Verfahren zur Messung der Entfernung eines Objektes mittels optischer Abbildung des Objektes auf zwei mehrere Detektoren aufweisenden Detektoranordnungen, dadurch gekennzeichnet , daß aus der Anzahl η der Detektoren, um die das Bild auf der einen Detektoranordnung (10a) gegenüber dem Bild auf der anderen Detektoranordnung (10b) verschoben ist, das Maß für die Entfernung des Objektes vom Meßort gewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anzahl η der Detektoren gezählt wird, um die das Bild bis zur Deckungsgleichheit auf beiden Detektoranordnungen zu verschieben wHre.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: Eine Digitalisiereinrichtung (18) zur Digitalisierung der Ausgangssignale der ersten und zweiten Detektoranordnung, um erste und zweite Digitaldarstellungen der Abbildungen zu erzeugen; und

einen Digital-Korrelator (20) zum Vergleich der ersten und zweiten Digitaldarstellungen und zur Erzeugung eines Ausgangssignales entsprechend der Zahl n.

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ORIGINAL INSPECTED

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Digitaldarstellungen bei endlicher Entfernung des Objektes um η Stellen und bei unendlicher Entfernung überhaupt nicht (n = o) verschoben sind.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Detektoranordnungen (10a,10b) eine ein Digitalwort ausgebende Signalverarbeitungseinrichtung (14,16) angeschlossen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Digitalwort eine Digitaldarstellung der Zahl η repräsentiert.

7. Anordnung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Detektoranordnungen (10a,10b) jeweils N Detektoren aufweisen .

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Detektoranordnungen (10a, 10b) Teile eines monolithisch integrierten Schaltkreises bilden.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalverarbeitungseinheit (14, 18) ebenfalls einen Teil des monolithisch integrierten Schaltkreises bildet.

10. Anordnung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch eine Positioniereinrichtung (60), die in Abhängigkeit des der Zahl η entsprechenden Ausgangssignales ein optisches Element (52) ver- -hiebt. 709851/09*0

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Positioniereinrichtung (6O) eine Positionscodiereinrichtung (54) verbunden ist, um ein zweites Digitalv/ort. entsprechend der Position des optischen Elementes (52) zu erzeugen, daß eine Vergleichseinrichtung (58) zum Vergleich beider Digitalvorte und zur Ausgabe eines entsprechenden Ausgangssignales sowie eine Steuereinrichtung (62) angeordnet ist, um die Positioniereinrichtung (60) und damit das optische Element (52) anzutreiben.

12. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Detektoranordnungen (1Oa, 10b) durch LadungsverSchiebeeinrichtungen (CCD-charge coupled devices) gebildet werden.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß auf Grund von Verschiebesignalen der Signalverarbeitungseinrichtung (14,16) die Ausgangssignale der Reihe nach aus den beiden Detektoranordnungen herausgeschoben werden.

14. Anordnung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalisierten Ausgangssignale der Detektoranordnungen (10a,10b) jeweils in Schieberegister (26a,26b) mit einer der Anzahl N der Detektoren pro Detektoranordnung entsprechenden Anzahl von Bit-Speicherplätzen eingegeben werden, daß anschließend der Inhalt der Schieberegister (26a,26b) um N Bit zyklisch verschoben wird und die Anzahl koinzidierender Bitstellen ermittelt wird, daß anschließend der Inhalt eines Schieberegisters um 1 Bit verschoben und sodann erneut die Anzahl koinzidierender Bitstellen ermittelt wird usw. und daß aus der erforderlichen Anzahl von Bit-Verschiebungen bis zum Auftritt der größten Anzahl koinzidierender Bitstellen die Zahl η ermittelt wird.

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-A-

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgänge der Schieberegister (26a,26b) über eine Koinzidenzstufe (36) an einen Binärzähler (38) für N Bit angeschlossen sind, daß die Stufen des Binärzählers (38) an einen Speicher (40) angeschlossen cind, um gesteuert durch einen Adressenzähler (42) nach jedem Koinzidenzvergleich den Inhalt des Binärzählers (38) in den Speicher zu übertragen.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß der Adressenzähler (42) die gleiche Stufenzahl wie der Binärzähler (38) aufweist und daß ausgehend von der Adresse 0 die Adresse jeweils um 1 bis auf N erhöht wird.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß ein digitaler Vergleicher (46) an den Ausgang des Speichers (40) und eine digitale Verriegelung

(44) angeschlossen ist, wobei in die Verriegelung (44) zunächst die höchste Adresse N, sodann die Adresse N-1 usw. eingegeben wird und jede eingegebene Adresse mit dem gesamten Speicherinhalt verglichen wird, wobei bei erfülltem Vergleich die Adresse des betreffenden Speicherplatzes die Zahl η kennzeichnet.

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