DE2813915C2 - - Google Patents
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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.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19782813915 DE2813915A1 (de) | 1978-03-31 | 1978-03-31 | Anordnung zur scharfeinstellung der abbildung eines gegenstandes auf eine bildebene |
US06/021,077 US4247761A (en) | 1978-03-31 | 1979-03-16 | Arrangement for focusing the image of an object onto an image plane |
JP3680179A JPS54143128A (en) | 1978-03-31 | 1979-03-28 | Device for focusing projected image onto image plane |
GB7911274A GB2018084B (en) | 1978-03-31 | 1979-03-30 | Automated optical range-finders |
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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DE2813915A1 DE2813915A1 (de) | 1979-10-11 |
DE2813915C2 true DE2813915C2 (de) | 1988-06-09 |
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ID=6035845
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP (1) | JPS54143128A (de) |
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FR (1) | FR2421399A1 (de) |
GB (1) | GB2018084B (de) |
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US4550993A (en) * | 1983-02-01 | 1985-11-05 | Minolta Camera Kabushiki Kaisha | Device for providing a camera system with an information for a focus adjustment |
FR2639108B1 (fr) * | 1988-11-15 | 1990-12-21 | Thomson Csf | Procede pour estimer la distance entre un objet fixe et un vehicule en deplacement et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede |
US5195144A (en) * | 1988-11-15 | 1993-03-16 | Thomson-Csf | Process for estimating the distance between a stationary object and a moving vehicle and device for using this process |
US5136148A (en) * | 1990-07-04 | 1992-08-04 | Olympus Optical Co., Ltd. | Speed detection apparatus for camera |
Family Cites Families (2)
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---|---|---|---|---|
JPS4958826A (de) * | 1972-10-04 | 1974-06-07 | ||
US4005443A (en) * | 1975-09-11 | 1977-01-25 | Fritz Albrecht | Scanning device and method for automatic focusing |
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- 1978-03-31 DE DE19782813915 patent/DE2813915A1/de active Granted
-
1979
- 1979-03-16 US US06/021,077 patent/US4247761A/en not_active Expired - Lifetime
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- 1979-03-30 GB GB7911274A patent/GB2018084B/en not_active Expired
- 1979-03-30 FR FR7908053A patent/FR2421399A1/fr active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
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US4247761A (en) | 1981-01-27 |
GB2018084A (en) | 1979-10-10 |
GB2018084B (en) | 1982-09-29 |
FR2421399A1 (fr) | 1979-10-26 |
JPS54143128A (en) | 1979-11-08 |
DE2813915A1 (de) | 1979-10-11 |
FR2421399B1 (de) | 1983-10-07 |
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