DE2810501A1

DE2810501A1 - Optoelektronische fuehleinrichtung

Info

Publication number: DE2810501A1
Application number: DE19782810501
Authority: DE
Inventors: Masanori Horike; Ikuo Maeda; Isamu Shibata
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1977-03-10
Filing date: 1978-03-10
Publication date: 1978-09-14
Also published as: JPS53110823A; DE2810501B2; US4173402A; DE2810501C3

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPP ^ y ι q γ a

DIPL.-ING. SCMWAHE DR. DR. SANDMAIR ~°

PATENTANWÄLTE Postfach 860245 · 8000 München 86

Anwaltsakte: 28 9^b 10. März 1978

Ricoh Company, Ltd. Tokyo / Japan

Optoelektronische Fühleinrichtung

8098 3 7/0971

■»(089)988272 Telegramme: Bankkonten: Frypo-Bank München 44I0I22850

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code" HYPO I)E MM

988274 TELEX: Bayer Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270) 983310 0524560BERGd Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)

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Anwaltsakte: 28 945

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische kühleinrichtung, welche dazu verwendet werden kann, um automatisch eine Kamera scharf einzustellen.

Entfernungsmesser sind bei Kameras allgemein bekannt, welche parallele Objektivlinsen aufweisen, welche quer voneinander in dem praktisch größtmöglichen Abstand angeordnet sind. Mittels eines Okulars wird ein Bild eines Gegenstandes von einer der Objektxvlxnsenentweder unmittelbar oder nach einer Reflexion durch feststehende Spiegel oder Prismen aufgenommen. Das Okular nimmt auch ein Lichtbild des Gegenstandes von der anderen Objektivlinse aus, aber nach einer Reflexion durch einnen drehbaren Spiegel auf. Der Entfernungsmesser ist so ausgelegt, daß die Bilder von den zwei Objektivlinsen bei einer Stellung des drehbaren Spiegels übereinstimmen. Da der Abstand zwischen den Objektivlinsen und der Winkel des drehbaren Spiegels bekannt sind, kann die Entfernung zu dem Gegenstand durch einfache Triangulation berechnet werden.

An einem praktisch ausgeführten Entfernungsmesser dieser Art ist ein Drehknopf vorgesehen, mittels welchem die Bedienungsperson den drehbaren Spiegel -,drehen kann und außerdem eine in Fuß, Meter u.a. eingeteilte Skala, welche mechanisch mit

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dem Spiegel verbxmden ist. Folglich braucht die Bedienungsperson nur den Knopf solange zu drehen, bis die zwei Bilder übereinstimmen und die Entfernung an dem Objektiv auf der Skala ablesen. Wenn ein derartiger Entfernungsmesser als integrierter Bestandteil einer Kamera vorgesehen ist, ist der Knopf durch den Kamera-Einstellring gebildet. Da der Entfernungsmesser und der Einstellring mechanisch miteinander verbunden und geeicht sind, kann der Photograph die Kamera dadurch scharf einstellen, daß er nur den Einstellring dreht, bis die Bilder in dem Entfernungsmesser übereinstimmen, ohne daß er die tatsächliche Entfernung zu dem Gegenstand weiß, welchen er aufzunehmen wünscht. Eine Abänderung dieser Ausführungsform eines Entfernungsmessers ist der Schnittbildentfernungsmesser, in welchem die Bilder von den Jeweiligen Objektivlinsen benachbarte vertikale Segmente des Gesichtsfelde vor dem Entfernungsmesser darstellen, wobei das eine der Segmente bei einer Drehung des Spiegels bezüglich des anderen schräg bzw. quer verschoben wird.

Als natürliche Folge der Einführung der neuen Elektronik und infolge der Miniaturisierung der elektronischen Bauelemente sind automatische Systeme für Kameras entwickelt worden, welche dem Photographen das mühsame Einstellen der Belichtungszeit, der Objektivöffnung und das Scharfeinstellen erleichtern. Automatische Kameras sind für Amateurphotographen vorteilhaft, welche nicht allzu tief einsteigen wollen, um zu lernen, wie die verschiedenen Einstellungen einer Kamera zu handhaben sind,

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aber doch die Vorteile einer guten Bildqualität und einer richtigen Belichtung haben v/ollen. Diese Kameras sind auch für einen fortgeschrittenen Amateur sowie für Berufsphotographen, vorteilhaft, da sie ihnen die übliche Kamerabetätigung erleichtern und sie frei sind, um sich ganz auf den Gegenstand und die Raumaufteilung zu konzentrieren.

Es sind auch automatische Belichtungssysteme entwickelt worden, was jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Die Erfindung bezieht sich vielmehr auf eine automatische Einstellung mittels einer optoelektronischen Fühleinrichtung. In diesem Zusammenhang ist bereits vorgeschlagen worden, bei den vorbeschriebenen Entfernungsmessern zwei identische Photosensoranordnungen vorzusehen, welche die Bilder von den ersten und zweiten Objektivlinsen aufnehmen. Die Anordnungen schaffen identische Ausgänge bei der Stellung des drehbaren Spiegels, bei welcher die Lichtbilder, die auf die Anordnungen fallen identisch sind.

Die Entfernung zu einem Gegenstand kann dann durch Drehen und durch Fühlen der Stellung bestimmt werden, bei welcher der Unterschied zwischen den Ausgängen der Anordnungen ein Minimum ist. Die Stellung des Spiegels entspricht dann der Entfernung zu dem Gegenstand wie bei dem optischen Entfernungsmesser. Ein Servosystem kann vorgesehen sein, um ein Kameraobjektiv in eine Lage zu bringen, die der Spiegelstellung entspricht, um dadurch automatisch die Kamera scharf einzustellen.

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In einem derartigen optoelektronischen Entfernungsmesser sind bisher zwei Verfahren angewendet worden, um die Spiegelstellung zu bestimmen, die den minimalen Unterschied zwischen den Ausgängen der Anordnungen erzeugt. Bei beiden Verfahren wird der Spiegel über einen vorbestimmten maximalen Bereich gedreht und die Ausgänge der Anordnungen werden bei einer Anzahl Stellungen des Spiegels während dessen Drehung verglichen, wobei dann die Ausgangssignale der Anordnungen subtrahiert werden, um -Uifferenzsignale zu erzeugen.

Bei dem ersten Verfahren werden die Differenzsignale mit einem vorbestimmten minimalen Wert verglichen, und die Spiegelstellung, bei welcher die Differenzsignale zuerst unter den minimalen Wert fallen, wird genommen, da sie der Entfernung zu dem Gegenstand entsprechen dürfte.InA-bhängigkeit von der Art der aufzunehmenden Szene können die Differenzsignale, die auf das eine folgen, das entsprechend der Entfernung zu dem Gegenstand festgelegt worden ist, sogar weiter unter den minimalen Wert fallen. Dies Ergebnis ist eine fehlerhafte Bestimmung der Entfernung und führt zu einem unscharfen Bild.

Bei dem zweiten Verfahren wird die Stellung des Spiegels gefühlt, bei welchem der Wert eines Differenzsignals größer als der Wert eines vorhergehenden Differenzsignals ist. Theoretisch wird dadurch angezeigt, daß das minimale Differenzsignal gefühlt worden ist und daß die Entfernung zu dem Gegenstand genau bestimmt worden ist.

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Jedoch beim Aufnehmen bestimmter Szenen und Gegenstände, wie beispielsweise von Bäumen oder Gebäuden mit vertikalen streifenartigen Mustern, weist die Kurve, die den V/erten der Differenzsignale entspricht, eine Anzahl Wendepunkte auf. Bei dem zweiten Verfahren der Entfernungsbestimmung wird die Entfernung bestimmt, die dem ersten konkaven Wendepunkt entspricht, selbst wenn die tatsächliche Entfernung zu einem nachfolgenden Differenzsignal mit einem niedrigeren Wert führt. Ein Fachmann versteht ohne weiteres, wie mit diesem Verfahren eine bestimmte Entfernung geschaffen werden kann, welche stark von der tatsächlichen Entfernung abweicht.

Herkömmliche optoelektronische Entfernungsmesser der vorbeschriebenen Art können analoge Integratoren aus Operationsverstärkern und anderen Bauelementen aufweisen. Um die Genauigkeit der Einrichtungen zu verbessern, weisen die Anordnungen jeweils eine Anzahl Photosensorelemente auf, welche nacheinander eine Anzahl Mal während des Drehens des Spiegels abgetastet v/erden. Die Ausgänge der jeweiligen Elemente v/erden an einen Differenzverstärker angelegt, welcher die Differenzsignale schafft. Ein analoger Integrator integriert die Differenzsignale von allen Elemente bei jeder Abtastung der Anordnungen, um ein Summensignal zu erzeugen. Das Summensignal wird mit einem vorbestimmten minimalen Wert oder mit dem vorhergehenden Summensignal für eine Entfernungsbestimmung verglichen.

Analoge Integratoren dieser Art weisen Kondensatoren auf, welche mit den Differenzsignalen auf einen bestimmten V/ert

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geladen v/erden, der den Integralen der Differenzsignale über der Zeit entsprechen, wodurch dann die Summierung erfolgt. Kach&em die Summierung bei einer Stelle des Spiegels beendet ist, muli der Kondensator zur Vorbereitung der nächsten Summierung vollständig entladen v/erden.

Die Anforderungen an den Kondensator bezüglich der Z-eitkonstanten :"ür eine Integration und für eine im wesentlichen sofortige Entladung widersprechen einander und begrenzen im allgemeinen die Arbeitsgeschwindigkeit der Schaltung. Außerdem weisen der Kondensator und andere Elemente der Schaltung starke Schwankungen bezüglich der Effektivwerte auf, die auf die Temperatur, die Feuchtigkeit, eine Alterung und so weiter zurückzuführen sind und eine ungenaue Arbeitsweise deiiEinrichtung zur Folgepaben. Die Genauigkeit der Einrichtung ist auch durch die analogen Integrierelemente begrenzt, welche ohnehin weniger genau sind als digitale Elemente.

Kit der Erfindung sind Nachteile der herkömmlichen Anordnungen überwunden, indem ein verbessertes Verfahren zur Entfernungsbestimmung und eine digitale Schaltung geschaffen ist, bei welcher die Genauigkeit und Zuverlässigkeitgeaenüber herkömmlichen Schaltungen stark verbessert ist. Die vorstehend angeführten Differenzsignale werden in einer digitalen und nicht in einer analogen Schaltung summiert. Ferner werden die Summiersignale bei allen Stellungen des Spiegel gefühlt, und die Spiegelstellung, bei welcher das niedrigste Summiersignal

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abgegeben v/ird, wird als die festgelegt, die der Entfernung zu dem Gegenstand entspricht.

Gemäß der Erfindung ist somit eine optoelektronische kühleinrichtung geschaffen, welche in vorteilhafter V/eise verwendet werden kann, um automatisch eine Kamera einzustellen, wobei die gemäß der Erfindung geschaffene, optoelektronische kühleinrichtung eine stark verbesserte Genauigkeit gegenüber den herkömmlichen Einrichtungen aufweist. Die Erfindung schafft ferner eine optoelektronische I¹UhIeinrichtung mit einer stark verbesserten Zuverlässigkeit der Entfernungsmessung gegenüber herkömmlichen Einrichtungen. Ferner kann die erfindungsgemäße, optoelektronische Fühleinrichtung in vorteilhafter Weise preiswerter hergestellt werden, da genormte elektronische Bauelemente aus einer kommerziellen Fertigung verwendet werden, so daß durch die Erfindung eine insgesamt verbesserte optoelektronische Fühleinrichtung geschaffen ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Einrichtung, in welcher das Grundprinzip der Erfindung wiedergegeben ist;

Fig. 2 eine Kurve, die ein erstes herkömmliches Verfahren

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ZiW Entfernungsbestimmung rait der Einrichtung der Fig. 1 wiedergibt;

Fig.5 eine schematische Ansicht von Bildern eines vertikal gestreiften Küsters·

Fig.4 eine Kurve, in welcher gezeigt ist, wie sich eine ungenaue Entfernungsmessung ergibt, wenn die Einrichtung der Fig. 1 verwendet wird, um die Entfernung zu einem Gegenstand mit Hilfe des Musters der Fig. 3 zu bestimmen, wobei ein zweites herkömmliches Verfahren zur Entfernungsbestimmung angewendet wird;

Fig.5 ein elektrisches Blockschaltbild einer optoelektronischen Fühleinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig.6 ein Zeitdiagramm der Einrichtung der Fig. 5; und

Fig.7 eine Ausführungsform der in Fig. 5 vorgesehenen Anz e igevorrichtung.

In Fig. 1 weist eine photoelektronische Fühleinrichtung 11 Sammellinsen 12 bzw. 13 auf, die identisch und parallel angeordnet sind. Die Linsen 12 und 13 sind in Querrichtung in dem praktisch größtmöglichem Abstand voneinander angeordnet. Mittels der Linse 12 wird ein Lichtbild eines Gegenstandes, fceispielsweises eines Autos, auf einer Photosensoranordnung 16 scharf eingestellt. Ein feststehender Spiegel 17 ist in

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dem optischen Weg des Bildes zwischen der Linse 12 und der Anordnung 16 vorgesehen. Mittels der Linse 13 wird ein Bild des Gegenstandes 14- auf einer Photosensoranordnung 18 scharf eingestellt, welche mit der Anordnung 16 identisch ist. Ein drehbai^er Spiegel 19 ist vorgesehen, um das Bild von der Linse 13 auf die Anordnung 18 zu reflektieren. Der Spiegel 19 ist an einer Welle 21 angebracht.

Jede der Photosensoranordnungen 18 und 19 weist die gleiche Anzahl von in einer Reihe angeordneter Photosensorelemente oder Photomeßfühler auf, wobei in der li'igur die Elemente dargestellt, aber, um die Zeichnung zu vereinfachen, nicht näher bezeichnet sind. Die Photosensorelemente können ladungsgekoppelte Einrichtungen oder Speicher (CCD) sein. Die entsprechenden Photosensorelemente der Anordnungen 16 und 18 werden der Reihe nach abgetastet, um analoge Signale mit Werten zu erzeugen, die der einfallenden Lichtstärke entsprechen. Diese Signale werden einer Rechnerschaltung 22 zugeführt.

Mittels einer entsprechenden Antriebseinrichtung wird der Spiegel 19 um einen maximalen, vorbestimmten Bereich gedreht, und die Rechnerschaltung 22 fühlt die Ausgänge der Anordnungen 16 und 18. Wenn der Spiegel 19 in eine solche Stellung gebracht wird, daß die auf die Anordnungen 16 und 18 fallenden Bilder identisch sind, geben die Anordnungen 16 und 18 gleiche Ausgangssignale ab. Die Spiegelstellung, bei welcher dies der Fall ist, xi?ird dann mittels der Rechner-

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Schaltung 2? gefehlt.

Die iiechnerschaltung 22 berechnet die Entfernung von der Einrichtung 11 zu dem Gegenstand 14 als Funktion des Abstandes zwischen den Linsen 12 und 13 und der Winkelstellung 9 des Spiegels 19. Eine einfache trigonometrische Triangulationsfunktion kann verwendet werden, um die Entfernung au berechnen, die durch die Brennweiten obr Linsen 12 und 15 gegeben ist.

In Fig. c- ist das erste herkömmliche, eingangs beschriebene Verfahren %ur Entfernungsbestimmung dargestellt. Die Ausgangsrsignale der Anordnungen 16 und 18 werden summiert und subtrahiert, um ein Differenzsignal 23 zu erzeugen, welches mit einen vorbestimmten, minimalen Wert 24- bestimmt wird. Auf der Abszisse ist die Spiegelstellung θ und auf der Ordinate ist das Differenzsignal aufgetragen. Aus der Kurve isL zu ersehen, dais die Bilder bei einer Stellung Q. übereinstimmen (v/o das Differenzsignal ein Minimum ist). Die erste Stellung, bei welcher die Kurve 23 die dem minimalen Wex't entsprechende Linie 24- schneidet, liegt jedoch bei Qp, und ist daher sehr verschieden von der Stellung θ.. Dies hat dann einen Fehler in der Entfernungsbestimmung zur Folre, de3? gleich Θ. - Θ,-, ist.

in Fig. 3 oind zwei Bilder 26 und 27, die durch die Linsen 12 bzw. I^ geschaffen worden sind, in schematischer Form dargestellt. Die Bilder 26 und 27 sind auf den Anordnungen

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16 bzw. 18 scharf eingestellt, was symbolisch durch strichpunktierte Linien angezeigt ist. Wie dargestellt, ist der Spiegel 19 nicht so eingestellt, daß die Bilder 26 und 27 identisch sind, wenn sie auf die Anordnungen 16 und 18 auftreffen. Mit anderen V/orten, die Stellung θ des Spiegels 19 entspricht nicht der Entfernung zu dem Gegenstand 14. Ferner sind die Bilder 26 und 27 durch ein vertikales Streifenmuster gebildet und sind abgesehen von ihrer horizontalen Stellung identisch.

In Fig. 4 ist dargestellt, wie mit dem zweiten herkömmlichen Verfahren zur Entfernungsbestimmung ein Fehler erhalten wird, wenn es bei einem Muster angewendet wird, wie es beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist. Die Differenzsignale ergeben eine Kurve 28, welche einen minimalen Wert Θ. hat. Dieser minimale Wert Θ. entspricht der genauen Entfernung zu dem Gegenstand 14·. Jedoch weist die Kurve 28 konkave Wendepunkte an den Stellen θ^·, θ;, und O₁, auf. Wenn die Entfernung so bestimmt wird, daß sie dem ersten konkaven Wendepunkt Q₁, entspricht, ist das Ergebnis ein großer Fehler, welcher gleich O₁-G₄ ist.

Die Nachteile der herkömmlichen Einrichtungen sind in einer optoelektronischen Fühleinrichtung 31 gemäß der Erfindung überwunden, welche in Fig. 5 dargestellt ist.

Die Einrichtung 31 weist eine Rechnerschaltung 32 mit Pufferverstärkern33 , 34 auf, die mit den Ausgängen der Anordnungen

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bzw. 18 verbunden sind. Von einem 'l'aktimpulsgenerator 06 werden Taktimpulse einem Ansteuerimpulsgenerator 37 zugerührt, welcher Ansteuer- oder Abtastimpulse erzeugt. Die Abtastimpulse werden den Anordnungen 16 und 18 zugeführt. Bei Anlegen eines ersten Abtastimpulses werden die ersten Photosensorelemente in den Anordnungen 16 und 18 freigegeben und geben analoge elektrische Signale mit Werten ab, die der einfallenden Lichtstärke entsprechen. Bei Anlegen des nächsten Abtastimpulses v/erden die nächsten angrenzenden Photosensorelemente der Anordnungen 16 und 18 freigegeben und entsprechende Ausgangssignale erzeugt. Die Einrichtung 31 ist so angeordnet, daß alle Photosensorelemente der Anordnungen und 18 der Reihe nach in der Weise abgetastet v/erden, daß entsprechende Elemente gleichzeitig Ausgangssignale erzeugen.

Die I'aktimpulse von dem l'aktimpulsgenerator 36 werden an eine Spiegelantriebseinrichtung 38 angelegt, welche den Spiegel 19 übex¹ die Welle 21 dementsprechend über einen vorbestimmten Bex'eich dreht. In der Zeile i in Fig. 6 ist ein lineares Rampensignal dargestellt, das in der Einheit zum Antreiben des Spiegels 19 erzeugt wird. Obwohl es nicht dargestellt ist, weist die Antriebseinheit 38 eine Servoeinrichtung auf, um den Spiegel 19 in eine solche Stellung zu bringen, daß θ proportional der Größe bzw. der Amplitude des Signals i ist.

In Zeile h in Fig. 6 ist ein Impulssignal dargestellt, das mittels eines (nicht dargestellten)monostabilen Multivibrators u.a. erzeugt ist, welcher einen Teil des Ansteuerimpulsgenera-

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tors 37 darstellt. Der Impuls h legt den Abtastbereich des Spiegels 19 fest, welcher zum IMi hl en der Entfernung tatsächlich verwendet wird. Der Abtaßtbereich wird durch einen Teil des Anstiegsbereichs des Rampensignals i gebildet, wobei während dieser Zeit der Spiegel 19 in einer Richtung gedreht wird. Die Bücklaufzeit oder die Zeit, während welcher der Spiegel 19 in seine Ausgangsstellung zurückgebracht wird, bildet keinen Teil der Fühlperiode.

Der Ansteuerimpulsgenerator 37 ist entsprechend ausgelegt, um die Anordnungen 16 und 18 beispielsweise 6o bis 100-mal während jeder Abtastperiode abzutasten. Hit anderen V/orten, die Photosensorelemente der Anordnungen 16 und 18 werden nacheinander 60 bis 100-mal während jeder Abtastperiode abgetastet, wobei die Verstellung des Spiegels 19 wehrend der Abtastperiode in 60 bis 100 Schritte aufgeteilt wird.

Die Ausgangssignale der Pufferverstärker 33 und 34 werden an Eingänge eines Differenzverstärkers 39 angelegt, welcher analoge Differenzsignale erzeugt, welche den Unterschieden zwischen den jeweiligen Eingangssignalen entsprechen. Der Ausgang des Differenzverstärkers 39 ist in der Zeile a in Fig. wiedergegeben und ist durch eine Vielzahl einzelner Impulse gebildet, die den Ausgängen der ,jeweiligen Photosensorelemente entsprechen.

Der Ausgang des Differenzverstärkers 39 wird an eine Absolutwerteinheit 41 angelegt, welche an ihrem Ausgang ein positives

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Signal abgibt, das in der Zeile b in Fig. 6 dargestellt ist und welches eine Amplitude hat, welche gleich dem Absolutwert (der Größe) des Signals a ist. Das Signal b besteht ebenfalls aus Impulsen, welche zeitlich getrennt sind. Dies beruht auf den Intervallen zwischen den Abtastimpulsen, die an die Anordnungen 16 und 18 angelegt werden.

Die Kurve b wird durch eine analoge Abtast- und Halteeinheit

42 stetig gemacht, welche an ihrem Ausgang ein in Fig. 6 dargestelltes Signal c schafft. Die Einheit 42 tastet das Signal b an der Vorderflanke jedes Impulses ab und hält oder verriegelt den Signalpegel, bis zum Auftreten der Vorderflanke des nächsten Impulses. Der Ausgang von der Abtast- und Halteschaltung 42 wird an den Eingang eines Analog-Digital-Umsetzers 43 angelegt, welcher beispielsweise ein paralleles 8Bit-Ausgangssignal mit einem Wert, der der Größe bzw. der Amplitude des Signals c entspricht, entsprechend der Vorderflanke von Zeitsteuerimpulsen d von einem Zeitsteurungsimpulsgenerator 44 erzeugt. Der Generator 44 wird mittels 'l'aktimpulsen von dem Taktimpulsgenerator 36 angesteuert. Auf diese Weise gibt der Umsetzer

43 8Bit-Binärkode ab, die den Amplituden der Differenzsignale entsprechen, die durch Abtasten von einzelnen Photosensorelementen der Anordnungen 16 und 18 geschaffen werden.

Der Ausgang des Umsetzers 43 wird an einen Binäraddierer 46 angelegt, welcher anfangs durch einen Impuls gelöscht wird, der in Zeile j in Fig. 6 dargestellt ist. Der Ausgang des

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Addierers 46 wird an ein Pufferregister 47 angelegt, welches ebenfalls anfangs durch das Signal j gelöscht oder zurückgesetzt wird. Der Ausgang des Pufferregisters 47 ist mit einem Eingang des Addierers 46 in der Weise verbunden, daß der Addierer 46 die Ausgänge des Umsetzers 43 und des Pufferregisters 47 addiert.

Mittels des Umsetzers 43 wird eine Umsetzung entsprechend den Impulsen d von dem Zeitsteuerungsimpulsgenerator 44 durchgeführt, welche den an cße Anordnungen 16 und 18 angelegten Abtastimpulsen entsprechen.

Entsprechend der Vorderflanke eines in Pig. 6 dargestellten Impulses e, der von dem Zeitsteuerungsimpulsgenerator 44 erzeugt worden ist, addiert der Addierer 46 den Ausgang des Umsetzers 43 zu dem Ausgang des Pufferregisters 47 und speichert die Summe in dem Pufferregister 47. Die Impulse e werden an den Rückflanken der Impulse d erzeugt. Wenn der Ausgang des Umsetzers 43 den Ausgangssignalen der ersten Photosensorelemente entspricht, ist der Inhalt des Pufferregisters 47 null. Pur die folgenden Additionen wird die addierte Summe in dem Pufferregister 47 zu dem neuen Ausgang des Umsetzers 43 addiert und die neu addierte Summe wird in dem Pufferregister 47 gespeichert. Der Addierer 46 arbeitet zusammen mit dem Pufferregister 47 als eine Summierschaltung, um die digitalen Differenzsignale zu summieren, die durch Abtasten aller Photosensorelemente der Anordnungen 16 und 18 einmal geschaffen

worden sind.

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In einem Register 4-8 wird das in dem Pufferregister 47 addierre Summensignal mit dem minimalen Wert gespeichert. Am Ende eines Impulses f, der in dem Zeitsieuerungsimpulsgenerator 44 erzeugt worden ist, gibt der Generator 44 einen Impuls g an einen Vergleicher 49 ab, dessen Eingänge mit den Ausgängen der Register

47 und 48 verbunden sind. Ein Impuls g wird geschaffen, nachdem alle Photosensorelemente abgetastet worden sind und die entsprechenden Differenzsignale in dem Register 47 summiert worden sind. Ferner sind in Fig. 6 Signale f' und g¹ dargestellt, welche eine zeitliche verdichteteFor-ffiihrung der Signale f und g darstellen. Der Ausgang des Vergleichers 49 wird einem Steuereingang des Registers 48 in der V/eise zugeführt, daß der Ausgang des Registers 47 zerstörend den Inhalt des Registers 48 ersetzt, wenn der Wert des Inhalts des Registers 47 niedriger ist ä.s der Inhalt des Registers 48. Die Inhalte der Register 47 und

48 sind mit B bzw. A bezeichnet. Wenn folglich B < A ist, ist B in dem Register· 47 gespeichert.

Diese Schaltung dient dazu, das laufende Summensignal mit dem vorher minimalen Summensignal zu vergleichen. Wenn die Anordnungen 16 und 18 das erste Mal abgetastet werden, ist A=O und B wird immer in das Register 48 eingebracht. Wenn der Wert des nächsten Summensignals kleiner ist als der des ersten, wird er in das Register 48 eingebracht. Wenn das nächste Summensignal größer ist als das erste Signal, wird der Inhalt des Registers 48 nicht geändert.

Auf diese Weise wird das niedrigste Summensignal gefühlt und in dem Register 48 gespeichert. Gemäß der Erfindung werden

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ORfGiNAL INSPECTED

alle die 60 bis 100 Summensignale, die während es Abtastbereichs des Spiegels 19 erzeugt werden, gefühlt, um das Signal mit dem minimalen Wert zu bestimmen.

Das Signal g wird an den aufwärts zählenden Eingang eines Impulszählers 51 angelegt, dessen Rücksetζeingang mit dem Ausgang des Vergleichers 4-9 verbunden ist. Bei jedem Impuls g wird, wenn B > A ist, der Zähler 51 um einen Schritt weiter geschaltet. Wenn jedoch B kleiner A ist, wird der Zähler 51 auf null zurückgestellt. Mit anderen Worten, der Zähler 51 wird jedes Mal dann einen Schritt weitergeschaltet, wenn die Anordnungen 16 und 18 abgetastet werden, außer wenn der Wert des geschaffenen Summensignals niedriger ist als der vorherige minimale Wert des Summensignals. In dem letzteren Fall wird der Zähler 51 zurückgestellt.

Der Zähler 51 wird das letzte Mal entsprechend dem Summensignal mit dem niedrigsten Wert von allen 60 bis 100 Summensignalen zurückgesetzt. Infolgedessen entspricht der Zählerstand in dem Zähler 51 am Ende des Abtastbereichs der Stellung des Spiegels 19t bei welcher der minimale Wert gefühlt wurde. Wenn der Abtastbereich aus 100 Schritten besteht (d.h. die Anordnungen 16 oder 18 werden 100-mal abgetastet) und wenn der Zählerstand in dem Zähler 51 am Ende des Abtastbereichs 69 ist, wurde das Summensignal mit dem minimalen Wert bei dem 51-sten Schritt erzeugt. Mit anderen Worten, der Zählerstand in dem Zähler 51 ist gleich dem Abstand von dem minimalen Wert bis zum Ende des Abtastbereichs.

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Somit wird der minimale Wert des Summensignals gefühlt und in dem Register 48 gespeichert, und der Zählerstand in dem Zähler S-I entspricht der Spiegelstellting, bei welcher der minimale Wert gefühlt wurde. Der Zählerstand in dem Zähler 51 entspricht damit der genauen Entfernung von der Einrichtung 11 zu dem Gegenstand 14.

Der Ausgang des Zählers 51 wird mittels eines Digital-Analog-Umsetzers 52 in ein analoges Signal umgesetzt und an einen Vergleicher 53 angelegt. Ein Potentiometer 54- ist mechanisch mit einem Kameraobjektiv 5b verbunden und erzeugt ein analoges Stellungssignal mit einem Wert, welcher der axialen Stellung des Karneraobjektivs 5t> entspricht. Der Vergleicher 56 erzeugt ein Fehlersignal, das dem Unterschied zwischen dem Befehlssignal (dem Ausgang des Umsetzers 52) und dem Stellungssignal entspricht und legt dieses an die Motorantriebseinrichtung zum Betreiben eines Motors 58 an. Der Motor 58 ist so angeschlossen, dali er das Objektiv 56 entsprechend der Polarität und der Amplitude des Fehlersignals axial bewegt, und bringt das Kameraobjektiv 56 in eine Stellung, wo das Fehlasignal auf null vermindert wird. Diese Elemente bilden somit ein geschlossenes Servosystem zum Scharfeinstellen einer nicht dargestellten Kamera, in welcher das Objektiv 56 vorgesehen ist. Der Ausgang des Umsetzers 52 zeigt die Entfernung zu dem Gegenstand 14 an. Der Ausgang des Potentiometers 54 zeigt die Stellung des Kameraobjektivs 56 an. Der Motor 58 wird angetrieben, bis die Stellung des Kameraobjektivs 56 der Entfernung zu dem Gegenstand 14 entspricht.

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ferner sind Anzeigeeinrichtungen 59 und 61 dargestellt, die mit den Ausgängen des Umsetzers 52 bzw. des Vergleichers verbunden sind. Die Anzeigeeinrichtung 59 zeigt an, wann die genaue Entfernung gefühlt worden ist und gibt dem Photographen an, den Verschlußauslöser nicht während des Fühlvorgangs zu drücken. Die Anzeigeeinrichtung 61 zeigt an, daß die Kamera richtig eingestellt worden ist. Die Anzeigeeinrichtung 61 ermöglicht auch, daß die Kamera erforderlichenfalls halbautomatisch eingestellt v/erden kann.

In iⁿig. 7 ist eine Ausführungsform der Anzeigeeinrichtung

61 mit einem NPN-Transistor 62 dargestellt, dessen Basis mit dem Ausgang des Vergleichers 53 verbunden ist. Ein Eingangswiderstand 65 ist zwischen die Basis des Transistors

62 und Erde geschaltet. Der Emitter des Transistors 62 ist über einen Widerstand 64- geerdet. Der Kollektor des Transistors 62 ist mit einer positiven Spannungsquelle B+ über einen Ausgangswiderstand 66 verbunden.

Der Kollektor des Transistors 62 ist mit der Basis eines NPN-Transistors 67 verbunden, dessen Emitter mit dem Emitter des Transistors 62 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 67 ist mit der Kathode einer lichtemittierenden Diode (LED) 68 verbunden, deren Anode mit derSpannungsquelle B+ verbunden ist.

Wenn das Fehlersignal auf null herabgesetzt ist, wird der Transistor 62 abgeschaltet, und seine Kollektorspannung

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nähert sich dem Wert B+. Hierdurch wird der Transistor 67 angeschaltet, so daß Strom über die LED-Diode 68 fließt, wodurch diese aufleuchtet.

Obwohl die Einrichtung 51 gemäß der Erfindung dargestellt und beschrieben worden ist, um eine Kamera automatisch scharf einzustellen, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Die Rechnerschaltung 52 kann in einer Einrichtung vorgesehen werden, welche nur eine Photo sensoranordnung auf v/eist, die ein sich änderndes Bild von einer feststehenden, optischen Sammellinse aufnimmt. In diesem Fall vergleicht die Kechnerschalfcung 52 den Ausgang der Anordnung mit einem Bezugssignal das in einem Regist ei¹ u.a. gespeichert ist und gibt einen Ausgang ab, wenn ein Summensignal mit einem vorbestimmten minimalen V/ert gefühlt wird« Eine derartige Anordnung kann zur automatischen Steuerung von Aufzügen oder Haltsignalen verwendet werden. Zur Aufzugsteuerung ist die Einrichtung so angeordnet, um ein Bild des Inneren des Aufzugs auf der Photosensoranordnung scharf einzustellen. Das Bezugssignal entspricht dann dem Ausgang der Anordnung, wenn eine vorbestimmte Anzahl Personen in dem Aufzug vorhanden ist. Wenn der Aufzug mit Menschen voll ist, entspricht der Ausgang der Anordnung zunehmend mehr· dem Bezugssignal. Wenn die vorbestimmte Anzahl Menschen den Aufzug betritt und der vorbestimmte Entsprechungsgrad erhalten ist, werden die Aufzugtüren automatisch geschlossen und der Aufzug fährt je nach dem was gefordert wird, nach oben oder unten.

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Die Einrichtung kann an einer Fußgängerkreuzung in einer im wesentlichen ähnlichen Ausführung angeordnet werden,um ein Haltesignal zu steuern, um den Verkehr zu stoppen, wenn eine vorbestimmte Anzahl Personen sich angesammelt hat, welche warten, um die Straße zu überqueren.

Die Erfindung schafft somit eine optoelektronische kühleinrichtung, welche genauer und zuverlässiger arbeitet als herkömmliche Einrichtungen vergleichbarer Ausführung. Selbstverständlich sind verschiedene Abwandlungen im Rahmen der Erfindung möglich. Beispielsweise können der Addierer 46 und das Pufferregister 47 weggelassen werden, und der Vergleicher 49 kann dann den minimalen Wert der digitalen Differenzsignale fühlen, die am Ausgang des Umsetzers 43 anliegen. In diesem i'all würde dann die Entfernung dadurch bestimmt, daß sie dem minimalen Unterschied zwischen den Ausgängen von entsprechenden Photosensorelementen der Anordnungen 16 und 18 entspricht.

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Claims

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF ' ^ '

DIPL.-ING. SCir.VABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE
Postfach 860245 ■ 8000 München 86

Anwaltsakte: 28 945

Patentansprüche

/-U Optoelektronische kühleinrichtung, gekennzeichnet durch eine Photosensoranordnung (16,18) mit einer Anzahl Photosensorelemente, um entsprechende elektrische Signale mit Amplituden zu erzeugen, die der einfallenden Lichtstärke entsprechen; durch optische Sammeleinrichtungen (12,13), um ein sich schrittweise änderndes Lichtbild auf der Photosensoranordnung (16,18) scharf einzustellen; durch eine Bezugssignaleinrichtung (35,3^-), um eine Anzahl elektrischer Bezugssignale zu erzeugen, die gleich der Anzahl Signale ist; durch eine Abtasteinrichtung (37) ι um nacheinander die Photosensorelemente eine vorbestimmte Anzahl Mal abzutasten, wobei jedes Photosensorelement, wenn es abgetastet wird, das entsprechende Signal abgibt; durch eine Subtrahiereinrichtung (39), um die entsprechenden Signale und die Bezugssignale zu vergleichen und um elektrische Differ-enzsignale zu erzeugen, die den Unterschieden entsprechen; durch eine Minimalwert-Fühleinrichtung (47) zum Fühlen eines minimalen Werts der Differenzsignale; und durch einen Zähler (51), um schrittweise zu zählen, wie oft ■ die Photosensorelemente nacheinander mittels der Abtasteinrichtung abgetastet worden sind, und um ein elektrisches Signal am Zählerausgang mit einer Größe zu erzeugen, welche dem Zählerstand des Zählers (51) entspricht,

■SK089) 988272 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swill Code: HYPO DE MM

9₈g274 TELEX: - · Bayer. Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270)

983310 0524560BERGd Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)

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bei welchem der minimale Wert der Differenzsignale durch die i'ühleinrichtung gefühlt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung einen Analog-Digital-Umsetzer (43) zum Umsetzen der Differenzsignale in digitale Signale, eine iiinimalwert-Speichereinrichtuiig (47) und einen Vergleicher (49) aufweist, um nacheinander die digitalen Signale mit einem Minimalwertsignal in der Minimalwert-Speichereinrichtung (47) zu vergleichen, wobei der Vergleicher (49) die Minimalwert-Speichereinrichtung (47) steuert, um das Minimalwertsignal durch ein digitales Signal zu ersetzen, wenn ein Wert des digitalen Signal kleiner ist als ein Wert des Minimalwert-Signals .
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung einen Analog-Digital-Umsetzer (43) zum Umsetzen der Differenzsignale in digitale Signale, eine Summier einrichtung (46)_; um jedes Mal, wenn alle Photosensorelemente nacheinander abgetastet werden, die entsprechenden digitalen Signale zu summieren, um ein Summensignal zu erzeugen, eine Minimalwert-Spejchereinrichtung (47) und einen Vergleicher (49) aufweist, um die Summensignale mit einem Minimalwertsignal in der Minimalwert-Speichereinrichtung (47) zu vergleichen, wobei der Vergleicher (49) die Minimalwert-Speichereinrichtung steuert, um das Minimalwert-Signal durch ein Summensignal zu ersetzen, wenn ein Wert des Summensignals

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niedriger ist als ein Wert des Minimalwert-Signals.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler das Zählerstandsignal in digitaler Form abgibt, und daß die Einrichtung einen Digital-Analog-Umsetzer (43), um das Zählerstandsignal in ein analoges Signal umzusetzen, ein bewegbares mechanisches Teil (56), einen Stellungssignalgenerator zum Erzeugen eines elektrischen Stellungssignals mit einer Amplitude, die einer Stellung des mechanischen Teils (56) entspricht, einen Vergleicher, das das Stellungssignal mit dem analogen Signal vergleicht und ein elektrisches Pehlersignal erzeugt, das dem Unterschied dazwischen entspricht, und eine Antriebseinrichtung (38) aufweist, um das mechanische Teil in eine Stellung zu bringen, in welcher das Fehlersignal null ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Teil ein Kameraobjektiv (56) ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (51) schrittweise jedesmal dann weitergeschaltet wird, wenn die Abtasteinrichtung alle Photosensorelemente abtastet, und zurückgesetzt wird, wenn die kühleinrichtung den Minimalwert der Differenzsignale fühlt.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugssignaleinrichtung eine mit der Photosensoranordnung (18) identische Bezugs-Photo-Sensoranordnung(i6)

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und eine optische Bezugssainmeleinrichtung (12) aufweist, die parallel zu der optischen Sammeleinrichtung angeordnet ist, um ein ex'Stes Bild eines Gegenstandes auf der Bezugs-Photosensoranordnung (16) scharf einzustellen, und daß die Einrichtung fernereinen drehbaren Spiegel (19) aufweist, um ein zweites Bild zu reflektieren, welches das sich ändernde Bild von der optischen Sammeleinrichtung (13) auf der Photosensoranordnung (18) wiedergibt, und eine Antriebseinrichtung (38) zum Drehen des drehbaren Spiegels (19) aufweist, wobei die i'ühleinrichtung den Minimalwert der Differenzsignale fühlt, wenn das zweite Bild , das auf die Photosensoranordnung (18) fällt, im wesentlichen identisch dem ersten Bild ist, das auf die Bezugs-Photosensoranordnung (16) fällt.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anzeigeeinrichtungen (59»61), die von der Fühleinrichtung erregt sind, um dadurch den Minimalwert zu fühlen.
9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η-zeichnet, daß die Subtrahiereinrichtung einen Differenzverstärker (39) aufweist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung eine Absolutwertschaltung (41), um analoge Absolutwertsignale aus den entsprechenden Differenzsignale zu erzeugen, und eine Abtast-Haltes'chaltung (42) aufweist, um zeitweilig die

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Absolutwertsignale zu halten,

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