DE2813915C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Scharfein­ stellung der Abbildung eines Gegenstandes auf eine Bildebene nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Der der Erfindung am nächsten stehende Stand der Technik wird in der DE-OS 23 49 311 angegeben. Hierin wird eine Anordnung zur selbsttätigen Scharfeinstellung (Autofokussierung) für optische Systeme vorgestellt, die insbesondere für Objektive in fotografischen Kameras einsetzbar ist. Bei dieser Anordnung wird die Scharfeinstellung durch Messung des Kontrastes des von einem Objekt entworfenen Bildes gesteuert. Hierzu werden in der Bildebene des optischen Systems eine Vielzahl in einer Reihe angeordnete lichtempfindliche Elemente, eine integrierte Trei­ berstufe, sowie ein fotoelektronisches Abtastelement verwendet. Mit Hilfe eines aus dem Abtastelement abgeleiteten Ausgangs­ signals wird eine Scharfeinstellung des optischen Systems bewirkt.

Die US-PS 40 05 443 zeigt im Gegensatz zur DE-OS 23 49 311 eine CCD-Anordnung in Verbindung mit einer automatischen Scharfein­ stellvorrichtung. Dabei wird die CCD-Anordnung aus einer Mehrzahl von in einer Reihe zueinander angeordneten lichtemp­ findlichen Elementen gebildet, die einen flächenhaften Bild­ sensor darstellen. Der Auslesevorgang der CCD-Anordnung erfolgt nacheinander für alle nebeneinanderliegenden Elementenreihen, so daß eine der Bildfläche entsprechende Fläche der CCD-Anordnung abgetastet wird.

Weiterhin ist in der Zeitschrift "Popular Photography", 1976, Nr. 1, S. 94, linke Spalte, Zeile 24 von unten bis vorletzte Zeile der allgemeine Hinweis entnehmbar, daß zum Zwecke der Entfernungseinstellung einer fototgrafischen Kamera auf ein Objekt ein Bilddetektor vorgesehen werden kann, der durch eine elektrische Schaltung zu einem Kontrastmesser ergänzt wird. Dabei soll der Bilddetektor eine Vielzahl von individuellen Fotozellen enthalten, deren elektrische Signale sequentiell abgetastet werden. Der Kontrastmesser könne dann weiter dazu benutzt werden, um ein die Brennweite des Kameraobjektivs beeinflussendes Stellsignal zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine praktikable und in einfacher Weise zu realisierende Lösung des Problems anzu­ geben, die über ein Objektiv gewonnene Abbildung eines Gegen­ standes auf eine Bildebene selbsttätig scharf einzustellen. Ausgehend von der eingangs genannten Anordnung wird dies dadurch erreicht, daß der Bildsensor als CTD-Bildsensor (Charge-Transfer-Device) ausgebildet ist und mindestens eine als Ladungsverschiebevorrichtung ausgebildete Auslesevorrich­ tung auf jeder Seite der linear angeordneten Bildpunkte auf­ weist und daß die Bewerterschaltung so ausgebildet ist, daß die Auslesesignale jeweils über die Bildpunkte integriert werden.

Diese beiden Maßnahmen gewährleisten eine große Genauigkeit der Scharfeinstellung, ohne daß hierdurch die Einstellgeschwindig­ keit beeinträchtigt wird. Dies hängt damit zusammen, daß die Bildpunkte über mindestens zwei Ladungsverschiebevorrichtungen sehr schnell ausgelesen werden können, so daß eine genauigkeits­ steigernde Integration der den gegenseitigen Kontrast zwischen aufeinanderfolgenden Bildpunkten angebenden Signale über sämt­ liche Bildpunkte erfolgen kann, ohne daß der hierdurch bedingte Zeitverlust ins Gewicht fällt.

Darüber hinaus ist der CTD-Bildsensor mit den einzelnen Kom­ ponenten der Bewerterschaltung auf einem Halbleitersubstrat monolithisch integrierbar, so daß ein die Scharfeinstellung bewirkender Halbleiterbaustein entsteht, der ohne Schwierig­ keiten in verschiedenen, von der Scharfeinstellung Gebrauch machenden Geräten untergebracht werden kann, ohne deren Raum­ bedarf nennenswert zu vergrößern.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbei­ spiele näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung eines ersten Aus­ führungsbeispiels,

Fig. 2 die Teilschaltung eines zweiten Ausführungsbei­ spiels,

Fig. 3 die Prinzipdarstellung eines in den Ausführungs­ beispielen verwendbaren CTD-Bildsensors,

Fig. 4 ein Zeitdiagramm zum Betrieb der Schaltungen nach den Fig. 1 und 3.

In Fig. 1 wird ein Gegenstand 1 über ein Objektiv 2 auf eine Bildebene 3 abgebildet. Zur Scharfeinstellung des Bildes wird der Abstand x zwischen dem Objektiv 2 oder einem Teil davon und der Bildebene 3 mittels einer Stellvorrichtung 4, die mit dem Objektiv 2 über ein Be­ tätigungsorgan 5 gekuppelt ist, auf einen optimalen Wert eingestellt. In der Bildebene 3 ist ein als eine Ladungs­ übertragungseinrichtung (Charge Transfer Device) ausge­ bildeter Bildsensor 6 ortsfest angeordnet, der anhand der Fig. 3 noch näher beschrieben wird. Dieser weist eine Anzahl von Bildpunkten auf, die auf einen Teil des Bildes des Gegenstandes 1 ausgerichtet sind. Einander benachbarte Bildpunkte des Sensors weisen zweckmäßiger­ weise einen ggenseitigen Abstand auf, der in der Grö­ ßenordnung der Auflösung des Objektivs 2 liegt. Über einen Ausgang 7 des Bildsensors werden die in den ein­ zelnen Bildpunkten gebildeten, von der jeweiligen loka­ len Belichtung abhängenden elektrischen Signale sequen­ tiell ausgelesen. Damit entsteht für einen bestimmten Abstand x ein Auslesesignal u, das nach einer zweima­ ligen Differenzierung in den Differenzierstufen 8 und 9 und einer nachfolgenden Gleichrichtung in der Gleichrich­ terstufe 10 einem Integrator 11 zugeführt wird. An dessen Ausgang 12 entsteht ein über die ausgelesenen Bildpunkte integriertes Auslesesignal u ₁ in Form einer Gleichspannung, die ein Maß für den Kontrast zwischen den ausgelesenen Bildpunkten darstellt.

In Abhängigkeit von einer Folge von nacheinander einge­ stellten, innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegen­ den unterschiedlichen Werten von x wird in der vorste­ hend beschriebenen Weise eine Folge von zugeordneten integrierten Auslesesignalen u ₁ gebildet, die dem Sig­ naleingang einer ersten Abtaststufe 13 und dem ersten Eingang eines Komparators 14 zugeführt werden. Durch ein Signal am Steuereingang 15 der Abtaststufe 13 wird das zuerst auftretende Signal u ₁ abgetastet, in 13 ge­ speichert und an den Ausgang von 13 durchgeschaltet. Damit liegt es auch am zweiten Eingang eines Komparators 14. Tritt nun ein zweites Signal u ₁ auf, das größer ist als das erste, so wird im Komparator 14 ein Ausgangs­ signal u ₂ gebildet, das der Stufe 13 über ihren Steuer­ eingang 15 zugeführt wird und diese veranlaßt, das grö­ ßere Signal u ₁ abzutasten und an den zweiten Eingang des Komparators 14 zu legen. Jedes der Signale u ₁, das grö­ ßer ist als sämtliche zeitlich von ihm liegenden Signale u ₁ innerhalb derselben Einstellfolge, ist durch die Steu­ erwirkung des Komparators 14 auf die Stufe 13 in der La­ ge, das zuvor in dieser gespeicherte Signal u ₁ zu ver­ drängen, wobei es für die nachfolgenden, im Komparator 14 ablaufenden Vergleichsvorgänge als neues Bezugssignal dient.

Nach Beendigung einer Einstellfolge ist in der Stufe 13 dasjenige integrierte Auslesesignal u ₁ gespeichert, das die größte Amplitude aufweist. Wird nun synchron mit dem Beginn der Einstellfolge ein Generator 16 getriggert, der daraufhin einen ansteigenden oder abfallenden Span­ nungsverlauf erzeugt, so bewirkt das beim Auftreten des größten Signals u ₁ auftretende Signal u ₂ die Abtastung und Speicherung des zu diesem Zeitpunkt vorhandenen Amplitudenwertes u ₃ der Generatorspannung in einer dem Generator 16 nachgeschalteten, zweiten Abtaststufe 18, deren Steuereingang mit dem Signal u ₂ beschaltet ist. Das Signal u ₃ stellt dann ein Maß für den Abstand x dar, der dem maximalen integrierten Auslesesignal u ₁ und da­ mit dem maximalen Kontrast zwischen den sequentiell aus­ gelesenen Bildpunkten entspricht. u ₃ wird über den Aus­ gang 19 der zweiten Abtaststufe 18 einem Steuereingang 20 der Einstellvorrichtung 4 zugeführt und veranlaßt nach Beendigung der genannten Einstellfolge eine Ein­ stellung des Objektivs 2 auf den x-Wert, bei dem der maximale Kontrast zwischen den Bildpunkten vorher fest­ gestellt wurde. Damit ist eine selbsttätige Scharfein­ stellung des auf die Bildebene 3 projizierten Bildes des Gegenstands 1 erreicht.

Nach jeder selbsttätigen Einstellung auf den als opti­ mal erkannten Abstand x wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung selbsttätig mit einer neuen Einstellfolge auf die innerhalb des vorgegebenen Berei­ ches möglichen x-Werte begonnen. Auf diese Weise ge­ lingt es, den zur optimalen Scharfeinstellung bzw. Fo­ kussierung benötigten Abstand x auch auf einen sich gegenüber dem Objektiv 2 bewegenden Gegenstand 1 jeweils nachzuregeln. Voraussetzung hierfür ist, daß die Rela­ tivgeschwindigkeit zwischen den Teilen 1 und 2 einen durch die Dauer eines Einstellzyklus gegebenen Grenz­ wert nicht übersteigt.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt sich aus der Schaltung nach Fig. 1, wenn die durch die gestrichelte Linie 21 umrahmte Teilschaltung durch die Schaltung nach Fig. 2 ersetzt wird. Bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel wird das Stellsignal u ₃ in digitaler Weise erzeugt. Im einzelnen wird hierbei das von dem Komparator 14 gelieferte Ausgangssignal u ₂ dem ersten Eingang einer Torschaltung 22 zugeführt, deren zweiter Eingang mit einem Zähler 23 verbunden ist. Dieser zählt nach dem Auftreten eines Auslöseimpulses an dem An­ schluß 17′ die von einem Impulsgenerator 24 gelieferten Taktimpulse, wobei jeweils der beim Auftreten eines Signals u ₂ erreichte Zählerstand über die Torschaltung 22 als Adressensignal auf den Adresseneingang 25 eines Speichers 26 übertragen wird. Das jeweils adressierte, in 26 gespeicherte Signal wird dann über den Ausgang 27 als digitales Stellsignal u ₃ auf den Steuereingang 20 der Einstellvorrichtung 4 (Fig. 1) übertragen. Die zwi­ schen den Schaltungsteilen 23, 22, 26 und 4 verlaufen­ den Leitungen sind dabei entspechend den zu übertra­ genden digitalen Größe mehradrig ausgebildet.

Die mittels der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 und 2 eingehend beschriebene Anordnung nach der Er­ findung ist mit großem Vorteil bei fotografischen Kame­ ras einsetzbar, um eine selbsttätige Entfernungsein­ stellung auf einen zu fotografierenden Gegenstand zu erzie­ len. Hierbei stellt 2 das Kameraobjektiv dar, während ein Film aus lichtempfindlichem Material in der Bildebe­ ne 3 angeordnet ist. Zusätzlich zu der Entfernungsein­ stellung der Kamera kann von dem Stellsignal u ₃ auch eine Entfernungsanzeige des fotografierten Gegenstandes 1 über eine digitale Anzeigevorrichtung 28 oder eine analoge Anzeigevorrichtung 29 abgeleitet werden. Eine weitere Möglichkeit der Entfernungsauswertung besteht darin, daß Stellsignal u ₃ in einem Komparator 30 mit einem von einer insbesondere einstellbaren Spannungs­ quelle 31 gelieferten Bezugssignal u ₄ zu vergleichen und ein beim Auftreten von Spannungsgleichheit am Aus­ gang 32 des Komparators 30 auftretendes Signal u ₅ zur Anzeige des Erreichens einer vorgegebenen Entfernung des Gegenstandes 1 von dem Objektiv 2 zu benutzen. Bei einem doppelten Vergleich zwischen dem Stellsignal u ₃ und zwei Bezugssignalen u ₄ unterschiedlicher Größe kann bei einer Bewegung des Gegenstandes 1 aus dem Zeitinter­ vall zwischen den beiden auftretenden Signalen u ₅ eine Geschwindigkeitsmessung abgeleitet werden. Dabei kann das Zeitintervall zweckmäßigerweise digital gemessen werden, und zwar durch einen dem Ausgang 32 nachgeschal­ teten Zeitmesser 32 a.

Andererseits kann die Anordnung nach der Erfindung auch als ein Entfernungsmesser oder Geschwindigkeitsmesser all­ gemeiner Art aufgefaßt werden, bei dem keine fotogra­ fische Auswertung der über das Objektiv 2 erhaltenen Abbildung des Gegenstandes 1 vorgenommen wird. Die Bild­ ebene 4 ist dann nur als Ort des CTD-Bildsensors 6 von Bedeutung, während eine Einstellung der Vorrichtung 4 nur im Rahmen der Einstellfolge vorgenommen wird, mit­ tels der das Signal u ₃ gebildet wird. Eine weitere Ein­ stellung der Vorrichtung 4 mittels des Signals u ₃ auf einen für die Scharfeinstellung der Abbildung des Gegen­ standes 1 auf die Bildebene 3 optimalen Wert von x ent­ fällt hierbei. Das während der Einstellfolge gebildete Signal u ₃ wird also nicht dem Eingang 20 von 4 zuge­ führt, sondern den Einrichtungen 28 bis 33. In diesen erfolgt dann in der bereits beschriebenen Weise eine Anzeige der Entfernung des Gegenstandes 1, und zwar anhand der Anzeigevorrichtungen 28 oder 29, oder eine Anzeige der Geschwindigkeit mittels des Zeitmessers 32 a.

Vom Signal u ₃ bzw. einem oder mehreren Signalen u ₅ können zusätzlich auch Schaltbefehle abgeleitet werden. Eine derartige Anwendungsmöglichkeit bietet sich bei­ spielsweise bei einer Positionsüberwachung von beweg­ baren, zu bearbeitenden Gegenständen 1 im Rahmen einer automatischen Fertigungseinrichtung, wobei die Bewegung des Werkstückes 1 beim Erreichen einer vorgegebenen Po­ sition durch einen solchen Schaltbefehl abgestoppt wird.

Geschwindigkeitsmessungen mit oder ohne fotografischer Auswertung können mit Vorteil bei der Verkehrsüberwa­ chung eingesetzt werden.

Die Schaltungsstufen 8, 9, 10, 11, 13, 14, 16 und 18, die auch als Bestandteile einer Bewerterschaltung B aufgefaßt werden können, sind in relativ einfacher Wei­ se in integrierter Schaltungstechnik zu realisieren und zu einem monolithischem Halbleiterbaustein zusammenzu­ fassen. Das gleiche gilt für die an die Stelle der Teil­ schaltung 21 tretenden Schaltungsteile 22, 23, 24 und 26.

In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines auf einem Halbleitersubstrat integrierten CTD-Bildsensors in Draufsicht dargestellt. Dabei ist das Halbleitersub­ strat, das z. B. aus N-leitendem Silizium besteht, mit 33 bezeichnet. Eine die Substratoberfläche bedeckende, elektrisch isolierende Schicht, z. B. aus SiO₂, ist innerhalb der gestrichelten Linien 34 wesentlich dünner ausgebildet als außerhalb derselben. Man bezeichnet die dünneren Bereiche dieser Schicht auch als Gate-Oxid-, die dickeren als Feld-Oxidbereiche. Oberhalb der isolie­ renden Schicht befindet sich eine mittlere Elektrode 34, die auf der einen Seite von Elektrodenreihen 35 und 36 und auf der anderen Seite von Elektrodenreihen 37 und 38 flankiert wird. Die Elektroden sind dabei metallisch leitende Strukturen, die insbesondere aus Teilen einer ganzflächig aufgebrachten, elektrisch leitenden Beschich­ tung bestehen. Die Beschichtung ist beispielsweise aus polykristallinem, hochdotiertem Silizium gebildet oder besteht aus einer Metallschicht, z. B. aus Aluminium. Die Herstellung der Elektrode 34 und der Elektrodenrei­ hen 35 bis 38 erfolgt in herkömmlicher Weise, z. B. mittels einer Reihe von fotolithografischen Schritten unter Anwendung von Masken, die die Umrisse der einzel­ nen Strukturen definieren.

Im einzelnen stellen die von der Elektrode 34 bedeckten Orte des Halbleitersubstrates 33, die sich unterhalb von Dünnoxidbereichen befinden, einzelne Bildpunkte 39, 40, 41, 43 usw. des Bildsensors dar. Da die Bildpunkte eine Linie bilden, wird ein solcher Bildsensor als linear be­ zeichnet. Die Elektrodenreihen 35 bis 38 werden jeweils aus einzelnen dicht nebeneinanderliegenden Elektroden 351, 352, 353, 354 . . . 361, 362, 363 . . . usw. gebil­ det, die sich jeweils auf der gleichen Höhe befinden wie die einzelnen Bildpunkte 39, 40 usw. Zwischen den Elek­ trodenreihen 36 bzw. 37 und der Elektrode 34 sind Trans­ fer-Gate-Elektroden G ₁, G ₂ plaziert, die so angeordnet sind, daß sie die ersteren geringfügig seitlich über­ lappen, jedoch von diesen durch eine Zwischenschicht elektrisch isoliert sind. Zwischen den Elektrodenreihen 35 und 36 und den Elektrodenreihen 37 und 38 befinden sich weitere Transfer-Gate-Elektroden G ₃ und G ₄. Die Elektrode 34 ist über einen Anschluß mit einer Impuls­ spannung R _I beschaltet, die Transfer-Gate-Elektroden G ₁ bis G ₄ über einen gemeinsamen Anschluß mit einer Impuls­ spannung R _G . Jede vierte Elektrode 361, 365 usw. von 36 ist über eine gemeinsame Leitung mit einer Impulsspan­ nung R ₁ beschaltet. Jede vierte Elektrode 362, 366 usw. liegt an einer gemeinsamen Leitung, die eine Impuls­ spannung R ₂ führt, jede vierte Elektrode 363 usw. an einer Leitung mit der Impulsspannung R ₃ und jede vierte Elektrode 364 usw. an einer Leitung mit der Impulsspan­ nung R ₄. In analoger Weise werden die einzelnen Elek­ troden der Reihe 37 mit den Impulsspannungen R ₁ bis R ₄ beschaltet, während die Elektroden der Reihen 35 und 38 mit Impulsspannung R ₁′ bis R ₄′ beschaltet sind.

Jede der Elektrodenreihen 35 bis 38 gehört zu einer La­ dungsübertragungseinrichtung, die durch die Impulsspan­ nungen R ₁ bis R ₄ bzw. R ₁′ bis R ₄′ getaktet werden. Die am unteren Ende jeder Elektrodenreihe dargestellten Elek­ troden 35 g bis 38 g stellen sogenannte "floating-gate"- Elektroden dar, die von den Taktspannungen freigeschal­ tet sind, jedoch an einen gemeinsamen Eingang eines Ver­ stärkers 43 gelegt sind. Diese Elektroden sind aus­ gangsseitige Diffusionsgebiete D 1 bis D 4 nachgeordnet, die über einen gemeinsamen Anschluß 44 an einer Drain­ spannung U _DD liegen.

Im Betrieb wird nach dem Auftreten eines Impulses P 1, der einem Eingang 20 a der Einstellvorrichtung 4 zuge­ führt wird, und eine Einstellung derselben auf den ersten diskreten Abstand x einer Einstellfolge veran­ laßt, ein Impuls R _I angelegt, der die sogenannte Inte­ grationszeit des Bildsensors bestimmt. Innerhalb der­ selben sammeln sich in den Bildpunkten 39 bis 43 usw. unter dem Einfluß der Belichtung elektrische Ladungen an, die mit ihrer Größe der jeweiligen lokalen Beleuch­ tungsstärke entsprechen. Danach sorgt ein Transfergate­ impuls R _G dafür, daß diese Ladungen in den eingezeich­ neten Pfeilrichtungen aus den Bildpunkten in den Bereich der Ladungsverschiebeeinrichtungen 35 bis 38 verschoben werden, und zwar die unter 39 entstandene Ladung unter die Elektrode 361, die unter 40 entstandene Ladung unter 372, die unter 41 entstandene Ladung unter 353 und die unter 42 entstandene Ladung unter 384. Durch die ent­ sprechend Fig. 4 zeitlich auftretenden Verschiebetakte R ₁ bis R ₄ und R ₁′ bis R ₄′ werden die genannten Ladungen nach dem Durchlaufen der Ladungsverschiebeeinrichtungen schrittweise unter den Elektroden 35 g bis 38 g hindurch­ geschoben und gelangen schließlich in die Diffusionsge­ biete D 1 bis D 4. Die hierbei an den Elektroden 35 g bis 38 g auftretenden Potentialverschiebungen werden über den Verstärker 43 an den Ausgang 7 übertragen und ergeben dort ein Ausgangssignal u, das aus nacheinander auftre­ tenden, impulsförmigen Anteilen besteht, die den Beleuch­ tungsstärken in den nacheinander ausgelesenen Bildpunk­ ten während der Integrationszeit entsprechen.

Ein Impuls P 2, der dem eingang 20 a von 20 zugeführt wird, veranlaßt eine Einstellung auf den nächsten Wert x innerhalb derselben Einstellfolge, wonach ein weiterer Impuls R _I die dieser Einstellung zugeordnete Integra­ tionszeit definiert. Dabei kann diese Integrationszeit auch zeitlich mit dem Verschieben der in der vorange­ gangenen Integrationszeit gebildeten Ladungen über die Ladungsverschiebeeinrichtungen 35 bis 38 zusammenfallen.

Ein Bildsensor der vorstehend beschriebenen Art ist im einzelnen in der deutschen Patentschrift 25 53 658 be­ schrieben. Eine Vereinfachung dieses Ausführungsbei­ spiels eines CTD-Bildsensors ist u. a. insofern möglich, als die Ladungsverschiebeeinrichtungen 35 und 38 ent­ fallen können, wobei lediglich über die Einrichtungen 36 und 37 ausgelesen wird. Damit reduziert sich die An­ zahl der ausgelesenen Bildpunkte jeweils auf die Hälfte, nämlich auf die Punkte 39, 40 und auf die Punkte, die von diesen einen Abstand aufweisen, der einem beliebigen Vielfachen des Abstandes der Bildpunkte 39 und 42 von­ einander entspricht. Ein solcher Bildsensor ist bei­ spielsweise in dem IBM Technical Disclosure Bulletin Band 16, Nr. 1, Juni 1973, Seiten 173 und 174, beschrie­ ben. Anstelle der dargestellten Ladungsverschiebeein­ richtungen 35 bis 38, die als SCCD-Einrichtungen mit einem Ladungstransport unmittelbar unterhalb der Sub­ stratoberfläche oder als BCCD-Einrichtungen mit einem Ladungstransport im Inneren des Substrats aufzufassen sind, können im Sinne der vorliegenden Erfindung auch an sich bekannte Eimerkettenschaltungen (BBD) verwendet werden. Beide Systeme von Ladungsverschiebeeinrichtungen sind beispielsweise dem Buch von S´quin und Tompsett "Charge Transfer Devices", Academic Press, New York, 1975, Seiten 1 bis 18 entnehmbar.

Anstelle von Ladungsverschiebeeinrichtungen, die im Vier­ phasen-Betrieb arbeiten, können auch solche verwendet werden, die in an sich bekannter Weise im Zwei- oder Dreiphasen-Betrieb arbeiten. Schließlich kann auch die mittlere Elektrode 34 in Fig. 3 in eine Elektrodenreihe entsprechend den Teilen 35 bis 38 zerlegt werden, wobei zunächst allen Elektroden dieser Reihe ein gemeinsamer, die Integrationszeit definierender Impuls R _I zugeführt wird und anschließend den einzelnen Elektroden die Ver­ schiebeimpulse R ₁ bis R ₄ entsprechend Fig. 4 zugeführt werden. Dabei ist jedoch darauf zu achten, daß lediglich die unterhalb jeder vierten Elektrode befindlichen Bild­ punkte belichtet werden. In dem letztgenannten Fall ist der Verstärker 39 an den untersten Teil der Elektrode 34, der dann eine "floating-gate"-Elektrode darstellt, angeschlossen, wobei die Ladungsverschiebeeinrichtungen 35 bis 38 entfallen. Unterhalb der aufgeteilten Elek­ trode 34 befindet sich dann ein durchgehender Gateoxid­ bereich.

Nimmt man an, daß jede Elektrode der Elektrodenreihen 35 bis 38 eine Länge von 10 µm aufweist, und 100 Ele­ mente bzw. Bildpunkte 39, 40 usw. vorgesehen sind, so ergibt sich eine Länge des Bildsensors von 1 mm. Einer Folgefrequenz der Verschiebetakte R ₁ bis R ₄ von 1 MHz entspricht dann eine Auslesezeit von 0,1 ms. Nimmt man ferner eine Integrationszeit in der Größenordnung von 10 ms an, so ist die Auslesezeit demgegenüber zu ver­ nachlässigen. Damit ergibt sich für eine Einstellfolge von 50 einzelnen Schritten, denen jeweils eine Integra­ tionszeit von 10 ms zugeordnet werden muß, ein Zeitbe­ darf von etwa 0,5 Sekunden. Nach dieser Zeit hat die Bewertungsschaltung B das Signal u ₃ ermittelt, das den optimalen Abstand x selbsttätig einstellt.

Ein Vorteil der Anordnung nach der Erfindung bei einer Anwendung auf eine fotografische Kamera ist, daß sie in integrierter Halbleitertechnik implementiert werden kann und gegebenenfalls mit den übrigen elektronischen Ein­ richtungen der Kamera zusammen integriert werden kann. Dabei ist vor allem an eine automatische Belichtungs­ einrichtung mit Lichtmessung und Blenden- oder Ver­ schlußsteuerung gedacht.

Claims (11)

1. Anordnung zur automatischen Scharfeinstellung der Abbildung eines Gegenstandes auf eine Bildebene, bei der die Abbildung über ein Objektiv gewonnen wird und eine Einstellvorrichtung vorhanden ist, die den Abstand des Objektivs oder eines Teils davon von der Bildebene verändert, bei der in der Bildebene (3) ein Bildsensor (6) angeordnet ist, der eine auf einen Teil der Abbildung ausgerichtete Anzahl von Bildpunkten (39 bis 42) aufweist, bei der ein für eine sequentielle Auslesung der Bildpunkte (39 bis 42) vorgesehener Ausgang (7) des Bildsensors (6) mit einer Bewerterschaltung (B) verbunden ist, die für eine Folge von diskreten, innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegenden Werten des Abstandes (x) jeweils dem gegenseitigen Kontrast der ausgelesenen Bildpunkte (39 bis 42) entsprechende Auslesesignale (u ₁) bildet, und bei der ein Ausgang (19, 27) der Bewerterschaltung (B) vorgesehen ist, an dem ein Stell­ signal (u ₃) auftritt, das zur Einstellung des Objektivs (2) auf den dem Auslesesignal (u ₁) größter Amplitude zugeordneten Ab­ stand (x) dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildsensor (6) als CTD-Bildsensor ausgebildet ist und mindestens eine als Ladungsverschiebevorrichtung ausgebildete Auslesevorrichtung (35, 36, 37, 38) auf jeder Seite der linear angeordneten Bildpunkte (39 bis 42) aufweist und daß die Bewerterschaltung so ausgebildet ist, daß die Auslesesignale (U ₁) jeweils über die Bildpunkte (39 bis 42) integriert werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand benachbarter Bildpunkte des CTD-Bildsensors (6) in der Größenordnung der Auflösung des Ob­ jektivs (2) liegt.

3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bewerter­ schaltung (B) zwei hintereinandergeschaltete Differenzier­ stufen (8, 9), eine Gleichrichterstufe (10) und einen Integra­ tor (11) enthält, dessen Ausgang (12) mit einer Selektions­ stufe (13, 14) verbunden ist, die den Zeitpunkt des Auftretens des integrierten Auslesesignals (u ₁) größter Amplitude be­ stimmt, und zur Bildung von Stellsignalen (u ₃) oder zur Adres­ sierung einzelner aus einer Reihe von gespeicherten Stell­ signalen (u ₃) dient, wobei lediglich das zu dem genannten Zeitpunkt auftretende Stellsignal (u ₃) auf den Ausgang (19, 27) der Bewerterschaltung durchschaltbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Selektionsstufe eine erste Abtast­ stufe (13) und einen Komparator (14) enthält und die Ausgangs­ stufe (21) eine zweite Abtaststufe (18) und einen triggerbaren, einen ansteigenden oder abfallenden Spannungsverlauf liefernden Generator (16) aufweist, daß der Ausgang (12) des Integrators (11) mit dem Signaleingang der ersten Abtaststufe (13) und dem ersten Eingang des Komparators (14) verbunden ist, daß der Ausgang der ersten Abtaststufe (13) an den zweiten Eingang des Komparators (14) geführt ist, daß ein Komparatorausgang an die Steuereingänge der beiden Abtaststufen (13, 18) gelegt ist, daß der Signaleingang der zweiten Abtaststufen (18) mit dem Genera­ tor (16) beschaltet ist und daß der Ausgang (19) der zweiten Abtaststufe (18) den Ausgang der Bewerterschaltung (B) bildet.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Selektionsstufe eine erste Abtast­ stufe (13) und einen Komparator (14) enthält und die Ausgangs­ stufe (21) einen mit Taktimpulsen beaufschlagten Zähler (23), eine Torschaltung (22) und einen Speicher (26) aufweist, daß der Ausgang (12) des Integrators (11) mit dem Signaleingang der ersen Abtaststufe (13) und dem ersten Eingang des Komparators (14) verbunden ist, daß der Ausgang der ersten Abtaststufe (13) an den zweiten Eingang des Komparators (14) geführt ist, daß ein Komparatorausgang an den Steuereingang der ersten Abtast­ stufe (13) und an den ersten Eingang der Torschaltung (22) ge­ legt ist, daß der zweite Eingang der Torschaltung (22) mit dem Ausgang des Zählers (23) beschaltet ist und daß der Ausgang der Torschaltung (22) mit dem Adresseneingang (25) des Speichers (26) verbunden ist, dessen die adressierten, gespeicherten In­ formationen ausgebender Ausgang (27) den Ausgang der Bewerter­ schaltung (B) bildet.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch eine solche Ausbildung der Bewerterschaltung (B), daß nach jeder mittels des Stell­ signals (u ₃) erfolgten Einstellung des Abstands (x) selbst­ tätig eine weitere Folge von integrierten Auslesesignalen (u ₁) gebildet wird, die bei einer weiteren Einstellfolge auf diskrete Werte des Abstands (x) erhalten wird.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der CTD-Bildsensor (6) zusammen mit der Bewerterschaltung (B) auf einem Halbleiter­ substrat monolithisch integriert ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sie in Verbin­ dung mit einer fotografischen Kamera eingesetzt ist, wobei ein Film aus lichtempfindlichem Material in der Bildebene (3) ange­ ordnet ist.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ausgang (19, 27) der Bewerterschaltung (B) mit einer Meßeinrichtung (28, 29) zum Ermitteln der Entfernung eines auf die Bildebene (3) abzu­ bildenden Gegenstandes (1) vom Objektiv (2) verbunden ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßeinrichtung (30) so ausgebildet ist, daß das Erreichen einer vorgegebenen Entfernung des abzu­ bildenden Gegenstandes (1) vom Objektiv (2) selektiv ermittel­ bar ist.

11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßeinrichtung (30, 31, 32 a) so ausgebildet ist, daß das Zeitintervall ermittelbar ist, das zwischen dem jeweiligen Erreichen zweier vorgegebener Entfer­ nungen durch den Gegenstand (1) liegt.