DE2744762A1

DE2744762A1 - Automatisches fokussiersystem

Info

Publication number: DE2744762A1
Application number: DE19772744762
Authority: DE
Inventors: Dennis J Wilwerding
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1976-10-07
Filing date: 1977-10-05
Publication date: 1978-04-13
Also published as: CA1097962A; US4085320A; JPS5346028A; GB1589836A; JPS5917401B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein automatisches Fokussiersystem nach dem Gattungsbegriff des /mspruches 1 . Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Fokussiersystem, bei dem ein optisches Hauptsystem, beispielsweise die Aufnahmelinse einer Kamera, aufgrund eines Entfernungsmeßsignales bewegt wird, um ein Bild des aufzunehmenden Objektes in der Ebene eines lichtempfindlichen Filmes scharf abzubilden.

Dekannte automatische Fokussiersysteme dieser Art machen ir vorteilhafter Weise von der räumlichen Bildkorrelation Gebrauch. Solche Systeme sind in den US-Patentschriften 3.836.772, 3.838.275, 3.958.117 und 3.274.914 dargestellt und beschrieben.

Die bekannten Geräte, die von einer räumlichen Bildkorrelation Gebrauch machen, weisen zwei optische Hilfselemente, z.B. Linsen oder Spiegel, und zwei Detektoranordnungen auf. Die Objektentfernung wird festgestellt, indem eines der optischen Hilfseleir.ente relativ zu einer der strahlungsempfindlichen Detektoranordnungen so lange verschoben wird, bis die Korrelationsposition erreicht ist. Diese Position bildet ein Maß für die bestehende Entfernung zwischen dem aufzunehmenden Objekt und dem Gerät.

Die Relativbewegung zwischen dem optischen Hilfselement und der Detektoranordnung wird bei dieser Entfernungsmessung bzw. Fokussierung durchgeführt. Der kritische Zustand, das heißt die Korrelation, tritt auf, wenn dit. beste Übereinstimmung zwischen den Strahlungsverteilungen der auf den beiden Detektoranordnungen erzeugten Hilfsbilder vorliegt. Diesem Zustand entspricht ein eindeutiges Signal am Ausgang einer elektrischen Signalverarbeitungseinrichtung. Das Korrelationssignal weist typischerweise einen Haupt-Extremwert , beispielsv/eise eine Amplitudenspitze oder eine Amplitudenabsenkung, und einen oder mehrere Neben-Extremwerte auf. Der Haupt-Extremwert ist charakteristisch für die Objektentfernung.

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In den meisten bekannten Systemen wird die Relativbewegung des optischen Hilfselementes in bezug auf die Detektoranordnung durch die Bewegung f:iner Linse oder eines Spiegels relativ zu einer der Detcktoranordnungen erzielt. Die spezielle Stellung dieses Elementes, durch die die am besten übereinstimmende Spannungsverteilung erzielt wird, dient der Feststellung der bestehenden Objektentfernung. Die Position dos optischen Hilfselementes zu diesem Zeitpunkt der besten Übereinstimmung wird benutzt, um die Position des optischen Hauptsystems , zum Beispiel einer Kameraaufnahmezu steuern.

Im bekannten Fall weist das Korrelationssignal einen Haupt-Spitzen wert auf, der für die Objektentfernung charakteristisch ist. Ein Spitzendetektor wird zur Feststellung dieses Kaupt-Spitzenwertes benutzt. Hierbei ist eine vollständige Abtastung aller Brennweitenzonen vorgesehen, um sicherzustellen, daß der höchste Korrelationsgrad erzielt wird. Die Position des letzten und somit höchsten Spitzenwertes entspricht dabei der gesuchten Fokussierstellung.

Bei den bekannten Systemen hat es sich herausgestellt, daß das Korrelationssignal manchmal eine unzureichende Information, d.h. Veränderung aufweist, um den Signalverarbeitungsschaltkreisen die korrekte Feststellung des Haupt-Extremwertes zu gestatten. Die unzureichende Signalveränderung kann auf einen fehlenden Szenenkontrast, eine mangelhafte Beleuchtung oder auf Zielobjekte in unterschiedlichen Entfernungen zurückzuführen sein. In einem kontinuierlich fokussierenden System, wie beispielsweise einer Kamera für bewegliche Bilder, kann die mangelhafte Korrelationssignalveränderung dazu führen, daß die Linsenpositioniereinrichtung wahllos die Aufnahmelinse bewegt.

Ausgehend von diesen bekannten Systemen ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein automatisches Fokussiersystem zu schaffen, bei dem fehlerhafte Verschiebungen der Aufnahmelinse unterbunden werden. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der

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im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

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

Fig. 1 einen Abtastmodul für eine räumliche Bildkorrelation, wie er in Zusammenhang mit dem automatischen Fokussiersystem mit Doppelabtastung gemäß der vorliegenden Erfindung Verwendung findet.

Fig. 2 die grundlegende Konfiguration eines Systems unter Benutzung des Moduls gemäß Fig. 1.

Fig. 3 das Korrelationssignal in Funktion der Objektentfernung bei verschiedenen unterschiedlichen Bedingungen.

Fig. 4 ein kontinuierliches Doppelabtast-Fokussiersystem.

Fig. 5 verschiedene Signalverläufe zur Erläuterung der Wirkungsweise des Systems gemäß Fig. 4

Fig. 5 der dem Modul gemäß Fig. 1 zugeordnete Amplitudenspitzen-Detektorschaltkreis.

Fig. 7a und 7b Beispiele für die Speicherkondensatorspannung, das Korrelationssignal-Verstärkersignal und das durch die Module gemäß den Fig. 1 und 6 erzeugte Ausgangssignal.

Fig. 8 ein schematisches Schaltkreisdiagramm der Steuerelektronik für die kontinuierliche Fokussierung mit einem Sperrschaltkreis bei fehlender Korrelation.

Fig. 9 einen bei ungenügender Xorrelationssignals/spefrYr^Vi*· den Schaltkreis, der von einer Verhältnisbildung der Spitzenwerte Gebrauch macht.

Fig. 10 einen schematisehen Sperrschaltkreis, der mit einer Wechselspannung die ungenügende Korrelationssignaländerung feststellt.

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Eildkorrelation-Abfühleinrichtung

Fig. 1 zeigt eine besonders vorteilhafte Form einer Bildkorrelation-Abfühleinrichtung, die bei dem automatischen Fokussiersystem mit Doppelabtastung verwendet v/erden kann. Der Modul 10 gemäß Fig. 1 weist zwei Eintrittsöffnungen 12 und 14 an einander gegenüberliegenden Seiten auf. Innerhalb des Moduls ist ein Prisma 16, Qin Doppell.insensy st em, gebildet, durch eine bikonvexe Doppellinse 18 und eine konvexkonkave Doppellinse 20, und ein integrierter Schaltkreis 22 angeordnet, wobei der Schaltkreis 22 Detektoranordnungen 24 und 26 und nicht dargestellte mit den Detektoranordnunger. verbundene Signalverarbeitungsscha.ltkreise aufweist. Die Elemente innerhalb des Moduls sind fest angeordnet und erfordern keinerlei Einstellung oder Ausrichtung.

Zur Verwendung des Moduls 10 müssen zwei Spiegel 28 und 30 so angeordnet werden, daß sie Licht von dem aufzunehmenden Objekt auf die zwei Eintrittsöffnungen 12 und 14 werfen. Ein solches Grundsystem ist in Fig. 2 dargestellt. Der Spiegel 28 erzeugt einen festen Bildausschnitt von einem Teil des Objektes. Dieser Bildausschnitt wird innerhalb des Moduls 10 auf der Detektoranordnung 24 abgebildet. Der Spiegel 30 ist so angeordnet, daß er um eine Achse 32 rotieren kann, die senkrecht zu der Ebene steht, die durch die Punkte 26a und 3Oa auf den Spiegeln 28 und 30 und einen zentralen Punkt 33a auf einem entfernten Objekt 33 gebildet wird. Durch entsprechende Einstellung des Spiegeis 30 wird der Detektoranordnung 26 die Betrachtung eines ausgewählten Bereiches des Objektes gestattet. Das Lichtintensitäts-Verteilungsmuster auf jeder Detektoranordnung ist nahezu identisch, wenn der Objektwinkel 2/3 die Bedingung erfüllt:

tan (2j5) = |,

wobei 2β dem Winkel entspricht, um den der Spiegel 30 aus einer 45° - Stellung, in der Licht aus dem Unendlichen reflektiert wird, gedreht werden muß. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, bildet der Winkel 2ß ebenfalls den Winkel zwischen einer Linie, die zwischen dem

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Punkt 33a auf dem Objekt 33 und dem Punkt 30a auf dem Spiegel 30 gezogen wird und einor Linie, die zwischen dem Punkt 33r\ auf dem Objekt 33 und dem Punkt 28a auf dem Spiegel 28 gezogen wird. E ist die Länge der Basis zwischen den Punkten 28a und 30a auf den Spiegeln 28 und 30 und S stellt die Entfernung zwischen dem Punkt 33a auf dem Objekt 33 und dem Punkt 28a auf dem Spiegel 28 dar. Diese Übereinstimmung wird von dem elektronischen integrierten Korrelationsschaltkreis 22 als ein Haupt-Extremwert innerhalb des Korrelationssignaler erkannt.

Fig. 3 zeigt das Korrelationssignal in Abhängigkeit von der Objekten tfernung. Gemäß Fig. 3 erzeugt ein Objekt in einer ungefähren Entfernung von 2 Metern ein Signal, wie es durch die entsprechend bezeichnete Kurve dargestellt ist. In der Unendlichstellung nehmen die Spiegel 28 und 30 jeweils eine um 4 5 geschwenkte Stellung ein, wodurch die optischen Achsen zueinander parallel verlaufen. Bei einer Eewegung des Spiegels 30 ausgehend von dieser Unendlichstellung werden die in Fig, 3 dargestellten Korrelationssignale erzeugt. Sekundäre Spitzenwerte mit geringerer Amplitude können vorliegen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Wenn das optische System auf eine vollständig blanke Oberfläche ausgerichtet ist, wodurch irgendwelche Helligkeitsschwankungen vermieden werden, so befindet sich das Korrelationssignal auf einem konstant hohen Pegel. Ein Objekt mit sehr geringem Kontrast erzeugt in der dargestellten Weise ein Signal, das außerhalb der Fokussierposition nur sehr unwesentlich unter den Spitzenwert abfällt. Ein ausgeprägtes dreidimensionales Objekt erzeugt einen weniger ausgeprägten Spitzenwert als ein streng zweidimensionales Objekt.

Kontinuierliches Fokussiersystem

Ein kontinuierliches Fokussiersystem mit Doppelabtastung einer Kamera für bewegliche Bilder ist in Fig. 4 dargestellt. Dieses System umfaßt den Modul 10, den Spiegel 28 und 30, eine Aufnahmelinse 34, eine Zoom-Optik 36, einen Film 38, eine Steuerelektronik 39 für die kontinuierliche Fokussierung, einen Linsenantrieb

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einen relativen Positionsschalter 41 und einen Positionsoszillator 42.

Dem Abtastspiegel 30 wird eine kontinuierlich oszillierende Bewegung durch den Positionsoszillator 4 2 erteilt. Diese Bewegung erstreckt sich bis zu einer Position a¹ vor der Unendlichkeitsstellung und bis zu einer Position c' etwas vor der geforderten Nahfökussierstellung. Jeder Abtastzyklus des Abtastspiegels 30 umfaßt eine "Suchabtastung" und eine "Detektorabtastung".

Die Öffnung und Schließung des relativen Positionsabtasters 41 signalisiert die Tatsache, daß die Aufnahmelinse 34 und der Abtastspiegel 30 gleichzeitig auf die gleiche Objektentfernung ausgerichtet und fokussiert sind. Der Schalter 41 wird geschlossen, wenn der Spiegel 30 das Fernfeld in bezug auf die Position der Linse 34 abtastet, und dieser Schalter wird geöffnet, wenn der Spiegel 30 das Nahfeld in bezug auf die Position der Linse 34 abtastet. Der Positionsschalter 41 ist an die Steuerelektronik 39 für die kontinuierliche Fokussierung angeschlossen.

Der Schalter 41 kann unterschiedliche Formen aufweisen je nach der speziellen mechanischen Verwirklichung des Linsenantriebes 40 und des Positionsoszillators 42. Der relative Positionsschalter 41 muß während einer hohen Anzahl von Zyklen betriebsfähig sein und er sollte einer fabrikmäßigen Einstellung zugänglich sein, um eine Anpassung an das jeweilige System zu gestatten.

Fig. 5 zeigt Signalverläufe, wie sie bei der kontinuierlichen Fokussiersteuerung auftreten. Die erste Signalform stellt einen Zyklus der kontinuierlichen Oszillation des Abtastspiegels 30 dar. Der Zyklus umfaßt eine Suchabtastung zwischen den Punkten a¹ und c¹ und eine Detektorabtastung zwischen den Punkten c' und a¹. Der zweite Signalverlauf zeigt das sich aufgrund dieser Bewegung ergebende Korrelationssignal. Dieses Signal wird immerzu in fortwährender Weise wiederholt, wenn das gleiche Objekt anvisiert wird.

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Der dritte Signalverlauf zeigt die Bildung eines Signales AF, das in der Nähe des maximalen Korrelationssignales einr.-n Impuls P auf v/eist, der eine Zeitzone D definiert, die für die Fokussierung unempfinglich ist. Durch diesen Unempfindlichkeitsbereich wird eine akzeptierbare Zone ausgewählt, in der einerseits eine scharfe Fokussierung erzeugt wird und andererseits eine oszillatorische Bewegung des Fokussiersystems unterdrückt wird.

"Die Wirkungsweise des Systems ist folgende: Das System fragt zunächst die verschiedenen Signale ab, um festzustellen, ob die abfallende Flanke zum Zeitpunkt t des Schalteröffnungsintervalles während des Zeitintervalles D der üetektorabtastung auftritt. Wenn dies der Fall ist, so wird kein Fokussier-Antriebssignal erzeugt und es wird von einer korrekten Fokussierstellung ausgegangen. Wenn dies nicht der Fall ist, so stellt der Schaltkreis fest, ob das Signal AF während der Schalter-Öffnungsperiode oder während der Schalter-Schlifjßungsperiode aufgetreten ist. Tritt das Signal AF während der Schalteröffnungsperiode auf, so wird die Kameralinse 34 in Richtung auf ihre nahfokussierende Stellung angetrieben, wodurch die Schalterschließperiode unter Umständen in die Zone D fällt und die Fokussierung beendet wird. Andererseits veranlaßt, wenn das Signal AF während der Schalterschließperiode auftritt, die Steuerelektronik 39 für die fortlaufende Fokussierung einen Antrieb der Kameralinse 34 in Richtung auf die im Unendlichen erfolgende Fokussierung, wobei der Antrieb gestoppt wird, wenn das Objekt in geeigneter Weise fokussiert ist. Beispiele für diese drei Zustände werden durch die drei untersten Signalverläufe in Fig. 5 veranschaulicht.

Die Verwendung eines Doppelabtastsystemes führt zu einer wirksamen Zurückweisung von Nebenmaxima.die ansonsten den Amplitudenspitzen-Detektorschaltkreis aktivieren könnten. Das Doppelabtastsystem führt ferner zu einer Zurückweisung von falschen Korrelationsspitzen, die durch eine heftige Kamera- oder Objektbewegung entstehen könnten.

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Doppelabtastung-Amplitudenfeststellung und Erzeugung des Signales AF

Fig. 6 zeigt den Modul 10, wie er in bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet wird. Der Modul 10 weist optische mit der Ziffer 44 versehene Einrichtungen zur Bildung zweier Bilder, zwei Detektoranordnungen 24 und 26 und einen Korrelationsschaltkreis 46 zur Erzeugung eines analogen Korrelationssignales proportional zu dem Korrelationsgrad der entsprechenden optischen Bilder auf. Das Korrelationssignal wächst in positiver Richtung mit zunehmender Korrelation an.

Der Extremwert-Erfassur.gsschaltkreis ist in dem Modul 10 vorgesehen, um das Korrelationssignal zu verarbeiten und um festzustellen, wenn der Haupt-Korrelationsextremv/ert auftritt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 stellt der Haupt-Extremwert einen Spitzenwert dar und der Extremwert-Erfassungsschaltkreis wird durch einen Amplitudenspitzen-Detektorschaltkreis gebildet. Dieser Schaltkreis umfaßt einen Differenzverstärker 48, eine Diode D1, einen Inverter 50, einen Filterwiderstand R_f, einen Entladezeitwiderstand R, und einen Speicherkondensator C. . Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 bilden die Widerstände R_f und R, und der Kondensator C, externe Komponenten und diese sind an die Detektor-Anschlußklemme des Moduls 10 angeschlossen. Der Modul 10 bildet an der Ausgangsklemme ein positiv verlaufendes digitales Ausgangssignal (z.B. das Signal AF), wobei dieses Signal bei dem Korrelationsmaximum auftritt und in der Lage ist, einen externen Schaltkreis zu betätigen, um die Kameralinse in der geeigneten Fokussierstellung anzuhalten. Die Zustandsänderung dieses Ausgangssignales und nicht der Pegel dieses Ausgangssignales bildet einen Hinweis auf den Auftritt eines Fokussier-Spitzensignales.

Gemäß Fig. 6 kann an einem mit "Korrelation" bezeichneten Anschluß das Korrelationssginal abgenommen werden. Wie später noch.zu erläutern sein wird, nimmt der Sperrschaltkreis bei mangelhafter Korrelationssignaländerung das Korrelationssignal an diesem Anschluß ab.

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Der Speicherkondensator C. , der an den Anschluß "Detektor" angeschlossen ist, erzeugt ein Speicher- oder Vergleichssignal für den Amplituden-Detektorschaltkreis und steuert in weitem Umfang die Empfindlichkeit, die Störsignalzurückweisung und die Gesamtcharakteristik des Fokussiersysterns. Der Differenzverstärker 48 vergleicht das Korrelationssignal mit der auf dem Speicherkondensator C. gespeicherten Spannung. Wenn die Spannung des Korrelationssignales ansteigt so steigt das Ausgangrsignal des Verstärkers 48 mit dieser

über
Spannung und lädt/die Rückkopplungsdiode D1 , die zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang angeordnet ist,den Kondensator C. auf. Hierdurch folgt der invertierende Eingang dem nichtinvertierenden Eingang, so daß die Spannung des Kondensators C. in dem Bereich der Korrelationssignalspannung entspricht, in dem das Korrelationssignal ansteigt. Wenn das Korrelationssignal einmal se5.-nen Spitzenwert erreicht hat und abzufallen beginnt, so kann die Spannung des Speicherkondensators C, aufgrund der Entkopplung über die Rückkopplungsdiode D1 nicht abiallen. Demzufolge fällt die Ausgangsspannung des Verstärkers 4 8 unmittelbar in Richtung auf die negative Versorgungsspannung ab. Dieser schnelle Abfall des Verstärkersignales bildet einen Hinwies auf eine Korrelation, d.h. auf eine aufgetretene Haupt-Amplitudenspitze. Dieses Verstärkersignal ist in Fig. 7a dargestellt. Fig. 7b zeigt das Ausgangssignal des Moduls 10, das bei der Doppelabtastung gemäß Fig. 7a erzeugt wird.

Während der in den Fig. 7a und 7b dargestellten Suchabtastung folgt folgt das Verstärkersignal dem Eingangs-Korrelationssignal bis die erste Neben-Amplitudenspitze erreicht ist, wobei zu diesem Zeitpunkt das Signal auf die negative Versorgungsspannung herunterfällt. Das Verstärkersignal beginnt erneut anzusteigen, wenn das Korrelationssignal den Wert entsprechend der ersten Neben-Amplitudenspitze erreicht, und es setzt seinen Anstieg fort bis die Haupt-Amplitudenspitze festgestellt worden ist. In diesem Zeitpunkt fällt das Verstärkersignal erneut auf die negative Versorgungsspannung zurück. Während der Detektorabtastung wird nur der korrelierende Spitzenwert festgestellt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Speicherkondensator C. eine Spannung entsprechend dem Korrelations-Spitzen-

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wert innerhalb der Suchabtastung festgehalten hat. Diese Speicherkondensatorspannung, die als Vergleichssignal verwendet wird, übersteigt das Korrelationssignal während der gesamten Detektorabtastung außerhalb des Korrelations-Spitzenwertes. Dies ist die grundlegende Eigenschaft des Doppel-Abtastbetriebes.

Während der Spitzenwert-Detektorschaltkreis in der Lage sein muß, genau dem Korrelationssignal folgen zu können und feststellen zu können, wenn ein Spitzenwert auftritt, muß .er gleichzeigtig im Hinblick auf Störungen des Korrelationssignales unempfindlich sein.Die Unempfindlichkeit gegenüber Störungen wird durch den Filterwider« stand R- in Reihe mit dem Speicherkondensator C. erzielt. In Fig. 6 ist der Widerstand R_f außerhalb des Moduls 10 angeordnet und besitzt vorzugsweise einen Wert von ungefähr 300£2., um die Stabilität des Verstärkers zu gewährleisten. Andererseits kann der Filterwiderstand R_f ebenfalls-in dem Modul 10 angeordnet sein. Der Filterwiderstand R_ferzeugt eine Verschiebung hinsichtlich der Speicherkondensatorspannung, so daß das Korrelationssignal zeitlich geringfügig vor dem Verstärkersignal abfällt.

Steuerelektronik für die kontinuierliche Fokussierung

Das Signal AF, das beispielsweise durch die positive Umschaltung des Ausgangssignales von "0" auf "1" gekennzeichnet ist, zeigt an, daß ein Korrelations-Spitzenwert aufgetreten ist. Die Steuerelektronik für die kontinuierliche Fokussierung benutzt das Signal AF, un ein Steuersignal zu bilden, das in der Lage ist, die Kameralinse in die geeignete Fokussierstellung durch Betätigung der Linsen-Antriebseinrichtung zu bewegen.

In Fig. 8 ist schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Steuerelektronik für ein kontinuierliches Doppelabtast-Fokussiersystem dargestellt. Sämtliche Zeittaktsignale des Systemes gemäß Fig. 8 werden von dem relativen Positions schalter 41 hergeleitet,der die lagemäßige Zuordnung der Kamera-Aufnahmelinse zu dem Abtastspiegel anzeigt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 ist der

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Schalter 41 geschlossen, wenn der Abtastspiegel in bezug auf die Position der Aufnahmelinse sich in der Fernstellung befindet, und der Schalter 41 ist geöffnet, wenn der Abtastspiegel si'Jh in bezug auf die Linsenposition in der Nahstellung befindet.

Der Kiderstand Rl und der Kondensator Cl sind in Reihe zwischen einem positiven Spannungsversorgungsanschluß und Mcisse geschaltet. Der Schalter 41 ist dem Kondensator Cl parallelgeschaltet. Die Komponenten Rl und Cl bilden ein Filter, um die Entstehung von Fehlsignalen aufgrund von Kontaktprellungen zu verhindern. Ein Schmitt-Trigger 50 ist mit seiner Eingangsklemme an die gemeinsame Verbindung des Widerstandes Rl und des Kondensators Cl angeschlossen. Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 50 wird somit durch den Zustand des Schalters 41 festgelegt.

Das Ausgangssignal des Moduls 10 wird durch den Widerstand R2 und den Kondensator C2 differenziert. Beim Auftritt des Signales AF wird ein positiver Impuls erzeugt. Das differenzierte Ausgangssignal und das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 50 v/erden den Eingangsklemmen eines UND-Gatters 52 zugeführt. Der Ausgang des UUD-Gatters 52 ist mit dem Setzeingang eines RS-Flip-Flops 54 verbunden. Das RS-Flip-Flop 54 wird nur gesetzt, wenn das Signal AF auftritt, wahrend sich der Spiegel in dem Nahfeld befindet, da das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 50 den Wert "1" aufweist, wenn der Schalter 41 geöffnet ist.

Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 50 wird durch den Kondensator C3 und den Widerstand R3 differenziert und dem Rückstelleingang des RS-Flip-Flops 54 zugeführt. Ein Rückstellimpuls wird dem KS-Flip-Flop 54 daher zugeführt, wenn der Spiegel in das Nahfeld eintritt, d.h., wenn der Schmitt-Trigger 50 von dem Wert "0" auf den Wert "1" umschaltet.

Das Ausgangssignal des RS-Flip-Flops 54 v/ird einen Eingang eines UND-Gatters 56 zugeführt. Das Ausgangssignal des RS-Flip-Flops 54 wird ferner durch einen Inverter 58 invertiert und einem Eingang

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eines UND-Gatters 60 zugeführt. Die zweiten Eingänge der UND-Gatter 60 und 56 werden von einem Inverter 62 über den Kondensator C4 und den Widerstand R4 beaufschlagt. Der Inverter 62 invertiert das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 50 und die Komponenten C4 und R4 differenzieren das invertierte Signal. Das sich ergebende Eingangssignal für die UND-Gatter 56 und 60 ist ein Abfrageinipuls, der auftritt, wenn der Schalter 41 geschlossen wird, wodurch angezeigt wird, daß der Spiegel in das Nahfeld eintritt.

Das dritte Eingangssignal für die UND-Gatter 56 und 6O wird durch den monostabilen Schaltkreis 64 gebildet. Dieses Eingangssignal ist ein Unempfindlichkeitssignal , welches normalerweise den Viert "1" aufweist, das aber zeitweilig den Wert "O" für eine Zeitperiode aufweisen kann, die durch den Kondensator C5 vorgegeben ist. Der Eingang des monostabilen Schaltkreises 64 ist an das durch die Komponenten C2 und R2 gebildete Differenzierglied angeschlossen.Der mcnostabile Schaltkreis 64 erzeugt daher einen Impuls aufgrund des Signales AF. Die Ausgangssignale der UND-Gatter 56 und 60 sind an die Nahfeld- und Fernfeld-Antriebseingänge der Motorbrücke 66 angeschlossen. Die Motorbrücke 66 treibt den Motor 68 an, der die Aufnahmelinse positioniert. Ein Binärwert "1" am Ausgang des UND-Gatters 56 veranlaßt die Motorbrücke 66 zum Antrieb des Motors 68 und damit der Aufnahmelinse in Richtung auf das Nahfeld. In gleicher Weise veranlaßt der Binärwert "1" an dem Ausgang des UND-Gatters 60 die Motorbrücke 66 zum Antrieb des Motors 68 und der Aufnahmelinse in Richtung auf das Fernfeld.

Das vierte Eingangssignal für die UND-Gatter 56 und 60 wird von dem Sperrschaltkreis 70 bei mangelnder Korrelation/gebildet. Die Eingangssignale des Sperrschaltkreises 70 werden den Anschlüssen "Korrelation" und "Detektor" entnommen. Solange das Korrelationssignal einen vorbestimmten Änderungsbetrag aufweist, weist das Ausgangssignal des Sperrschaltkreises den Binärwert "1" auf. Wenn das Korrelationssignal jedoch einen vorbestimmten Änderungsbetrag unterschreitet, so nimmt das Ausgangssignal des Sperrschaltkreises den Binärwert "0" ein und die Betätigung des Motors 68 wird gesperrt.

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Die Wirkungsweise des Systems gemäß Fig. 8 ist ganz allgemein folgende: nur das höchste Xorrelationssignal wird ein Ampl:i tudenspitzen-Detektor-Auscrangssignal erzeugen, wenn der Amplitudenspitzen-Detektor-Kondensator C. nicht nach jeder Abtastung zurückgestellt v.'ird. Der Widerstand R^ erzeugt eine gewisse Spannungsabnahme des Kondensators C, , um sicherzustellen, daß der Korrelations-Spitzenwert festgestellt wird. Unter Kenntnis dieser Verhältnisse ist es lediglich erlorderlich, festzustellen, wenn das Signal AF in dem Nahfeld oder Fernfeld in bezug auf die Fokussierstellung der Aufnahmelinse auftritt. Dies wird durch Differenzierung des Signales AF und UND-Verknüpfung dieses Signales mit einem Signal entsprechend der Lagebeziehung zwischen der Aufnahmelinse und dem Abtastspiegel verwirklicht. Das Signal hinsichtlich der Lagebeziehung wird durch den Schalter 41, den Widerstand Rl, den Kondensator Cl und den Schmitt-Trigger 50 erzeugt.

In dem System gemäß Fig. 8 weist das Ausgangssignal des UND-Gatters 52 nur den Binärwert "1" auf, wenn das Signal AF auftritt
während der Abtastspiegel sich in bezug auf die-Position der Aufnahmelinse im Nahfeld befindet. Diese Verhältnisse können natürlich umgekehrt werden und es kennen die Signale nur verarbeitet
werden, wenn das Signal AF in dem Fernfeld auftritt.

Das Ausgangssignal des UND-Gatte.rs 52 setzt das RS-Flip-Flop 54, das zuvor beim Eintritt des Abtastspiegels in das Nahfeld zurückgestellt worden war. Der Zustand des RS-Flip-Flops 54 wird in dem Zeitpunkt abgefragt, wo der Abtastspiegel aus dem Nahfeld in das Fernfeld eintritt. Diesem Zeitpunkt entspricht der Punkt, an dem die Fokussierstellungen der Aufnahmelinse und des Abtastspiegels übereinstimmen. Der Zustand des RS-Flip-Flops 54 zeigt somit an, ob die Aufnahmelinse in den Nahbereich oder den Fernbereich verschoben werden muß. Die Abfrage wird bewerkstelligt durch Differenzierung der abfallenden Flanke des Ausgangsimpulses des Schmitt-Triggers 50 durch den Inverter 62, den Kondensator C4 und den
Widerstand R4 und durch Anlegen dieses Abfragesignales und des Aur.-gangssignales des RS-Flip-Flop 54 an die UND-Gatter 56 und 60.

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Das Ausgangssignal des UND-Gatters 56 nimmt den Binärwert "1" bei der Abfrage ein, wenn das Signal AF auftritt, während sich der Abtastspiegel in dein Nahfeld befindet. In gleicher Weise nimmt das Ausgangssignal des UND-Gatters GO den Binärwert "1" ein, wenn das Signal AF auftritt, während der Abtastspiegel sich in dem Fernfeld befindet.

Die erste Ausnahme von dieser Regel v/ird durch den dritten Eingang der UND-Gatter 56 und 6O gebildet. Der monostabile Schaltkreis 64 erzeugt die dritten Eingangssignale für die UND-Gatter 56 und 60. Das Ausgangssignal des monostabilen Schaltkreises 64 weist normalerweise den Binärwert "1" auf, nimmt jedoch zeitweilig für eine Zeitperiode den Binärwert "0" ein, wobei diese Periode durch das differenzierte Signal AF ausgelöst wird. Der monostabile Schaltkreis 64 dient der Schaffung einer Fokussier-Unempfindlichkeitszone, in der kein Motor-Antriebsimpuls ausgegeben v/erden kann. Hierdurch wird eine fortwährende pendelnde Suchbewegung nach dem exakten Fokussierpunkt wirksam eliminiert. Ein Ausgangssignal mit dem Binärwert "0" des monostabilen Schaltkreises 64 sperrt den Abfrageimpuls an den UND-Gattern 56 und 60, wenn das Signal AF genügend dicht an der Kante des Nahbereichsfensters auftritt, so daß der monostabile Ausgangsimpuls mit dem Abfrageimpuls zeitlich überlappt. In diesem Zustand werden keine Impulse über die UND-Gatter 56 und 60 übertragen und es werden demzufolge keine Motorimpulse erzeugt.

Der Fokussiermotor 68 bewegt die Linse in einer solchen Richtung, daß die Position des die Beziehung zwischen Linse und Spiegel anzeigenden Fensters mit dem Auftreten des Signales AF übereinstimmt. Der Motor 68 ist an die Brücke 66 angeschlossen, so daß er in beiden Richtungen angetrieben werden kann, wobei die entsprechende Richtung davon abhängt, welches UND-Gatter 56 oder 60 einen Impuls überträgt. In jenen Systemen, in denen die Motor-Antriebszeit durch diese Impulse für eine passende Bewegung der Linse nicht ausreichend ist, können den Ausgängen der UND-Gatter 56 und 60 monostabile Schaltkreise nachgeschaltet werden, um die Motor-Antriebsimpulse auf die geforderte Länge auszudehnen.

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Die zweite Ausnahme von der Regel wird durch den vierten Eingang der UND-Gatter 56 und GO gebildet. Der Sperrschaltkreis 70 erzeugt bei mangelhafter Korrelationsäuderung die vierten Eingangssignale für die UND-Gatter 56 und 60. Das Ausgangssignal des Sperrschaltkreises 70 weist normalerweise den Binärwert "1" so lange auf wie das Korrelationssignal einen vorbestimmten h'nderungsbetrag besitzt. Immer wenn das Korrelationssignal diesen vorbestimmten Ä'nderungsbetrag unterschreitet weist jedoch das Ausgangssignal des Sperrschaltkreises 70 den Binärwert "0" auf. Hierdurch wird verhindert, daß irgendein Motor-Antriebsiir.puls während dieses Zustandes der mangelnden Korrelation erzeugt wird. Die Aufnahmelinse verbleibt daher in der Stellung, die dem zuletzt aufgetretenen geeigneten Korrelationssignal zugeordnet ist.

Sperrschaltkreise bei mangelhafter Korrelationsänderung

Der Sperrschaltkreis gemäß der vorliegenden Erfindung kann verschiedene Formen aufweisen. Die Fig. 9 und 10 zeigen Schaltschemen zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele des Sperrschaltkreir.es für mangelnde Korrelaticnsänderung.

Fig. 9 zeigt einen Eperrschaltkreis für mangelnde Korrelationsänderung, der auf einer Verhältninbildung der Spitzenwerte beruht. Gemäß Fig. 9 benutzt der Sperrschaltkreis zwei Eingangssignale. Das erste Eingangssignal wird von dem Anschluß "Detektor" des Moduls 10, und das zweite Eingangssignal wird von dem Anschluß "Korrelation" des Moduls 10 entnommen.

Der Sperrschaltkreis gemäß Fig. 9 umfaßt Verstärker 72 und 74, Widerstände R5, R6 und R7, eine Diode D2 und einen Kondensator C5. Das Signal des Anschlusses "Detektor" des Moduls 10 stellt den gespeicherten Spitzenwert des Korrelationssignales dar. Dieses Signal wird von dem Verstärker 72 gepuffert und es wird anschliessend durch die Widerstände R5 und R6 geteilt und dem nichtinvertierenden Eingang des Vcrgleichsverstärkers 7 4 zugeführt.

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Die Bezugsspannung in den Schaltkreis gernäß Fig. 9 wird durch die dem nicht-invertierenden Fingang des Vergleichers 74 zugeführte Spannung gebildet, die mit dem Korrelationssignal verglichen wird. Diese Bezugsspannung bildet einen festen Prozentsatz des Amplitudenspitzen-Korrelationssignales. Jedesmal, wenn das Korrelationssignal unter den Bezugspegel herabfällt, wird der Kondensator C5 aufgeladen. Das Sperrsignal nimmt daher den hohen Pegel ein und die Betätigung des 4otorantriebes ist freigegeben. Wenn das Korrelationssignal eine ungenügende Abweichung aufweist, so daß das Korrelationssignal niemals unter den Bezugsspannungspegel abfällt, so verbleibt das Ausgangssignal des Vergleichsverstärkers 74 auf dem niedrigen Pegel, der Kondensator CS entlädt sich über den Widerstand R7 und der Antrieb des Motors wird gesperrt, da das Sperrsignal den niedrigen Pegel aufweist.

Fig. 10 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Sperrschalt-

sänderung

kreises für mangelnde Korrelation /gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Schaltkreis gemäß Fig. 10 benutzt lediglich das Korrelationssignal, um das Sperrsignal zu erzeugen. Der Wechselspannungsanteil des Korrelationssignales wird festgestellt und mit einer Bezugsspannung verglichen.

Der Schaltkreis gemäß Fig. 10 umfaßt die Kondensatoren C6 und C7, die Dioden D3 und D4, die Widerstände R8 und R9 und den Vergleicher 76. Das Korrelationssignal wird dem Kondensator C6, den Dioden D3 und D4 und dem Kondensator C7 zugeführt, wodurch die Gleichspannungskomponente entfernt wird und die VJech sei spannung skomponente des Korrelationssignales dem nicht-invertierenden Eingang des Vergleichers 76 zugeführt wird. Diese Wechselspannungskomponente wird mit einer Gleichspannungs-Bezugsgröße verglichen, die dem invertierenden Eingang des Vergleichers 76 über einen durch die Widerstände R8 und R9 gebildeten Spannungsteiler zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Vergleicher 76 gibt die UND-Gatter für den Motorantrieb frei, wenn das Ausgangssignal den Binärwert "1" aufweist und es sperrt diese Gatter, wenn das Ausgangssignal den Binärwert "0" aufweist. Die Freigabe bzw. Sperrung des Motorantriebes beruht daher auf der Größe der Wechselspannungskomponente öes Korrelationssignales.

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Claims

HONEYWELL· IKC. 2^447 6 2

Honeywell Plaza 4. Oktober 1977

Minneapolis, Minn., USA 1006029 Ge

Automata sches Fokussiernystem

Patentansprüche:

Automatisches Fokussiersystem mit einem optischen Kauptsystera, einer Sensoreinrichtung zur Erzeugung eines zeitveränderlichen Korrelationssignales und einer Positioniereinrichtung zur Einstellung des optischen Hauptsystems durch das Korrelationssignal, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (70) zum Sperren der Positioniereinrichtung (66,68) des optischen Hauptsystems, wenn das zeitveränderliche Korrelationssignal keine ausgeprägte Änderung aufweist.
2. System nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (7O) umfaßt:

eine Einrichtung (72,R5,R6) zur Erzeugung eines Referenzsignales und

eine Einrichtung (74) zum Vergleich des Korrelationssignales mil dem Bezugssignal und zur Erzeugung eines Sperrsignales in Abhängigkeit von dem Vergleich.
3. System nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß der das Vergleichssignal erzeugenden Einrichtung (74) das Korrelationssignal zugeführt wird und daß das Referenz signal einen festen Prozentsatz des Extremwertes des Korrelationssignales bildet (Fig. 9).

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Ii ζ /Ra

ORIGINAL INSPECTED
4. System nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß die das Referenzsignal erzeugende Einrichtung (R8, R9) ein im wesentliehen konstantes Referenzsignal erzeugt und die Vergleichseinrichtung (76) das Referenzsignal mit einer Wechselspannungskcmponente des Korrelationssignales vergleicht (Fig. 1O).
5. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem einen Eingang der Vergleichseinrichtung (74) über einen Pufferverstärker (72) und einen Spannungsteiler ();5, R6) der Extremwert des Korrelationssignales und dem anderen Eingang der Vergleichseinrichtung (74) das laufende Korrelationssignal zugeführt wird.
6. System nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekenn? eichn et, daß die Positioniereinrichtung (66, 68) ebenfalls gesperrt, wird, wenn das neue Korrelationsnignal in unmittelbarer Nähe des alten Korrelationssignales auftritt.
7. System nach Anspruch 6,gekennzeichnet durch die Vergabe eines Ünempfindlichkeitbereichec durch einen monostabilen Schaltkreis (64), der von dem Fokussiersignal (AE) beaufschlagt wird und dessen Ausgangssignal einen Eingang eines der Positioniereinrichtung (66,68) vorgeschalteten UND-Gatters (56, 6O) bildet.

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