DE2933813A1 - Fokussierungsermittlungsvorrichtung fuer eine kamera - Google Patents

Description

ECOFPMANN · EITLE & PARTNER

PATENTANWÄLTE 2 W V V ö

DR. ING. E. HOFFMANN p?30-1?76) · DIPL-ING-W-EtTLE · DR. RER.NAT. K.HOFFMANN - DIPL.-ING.W. LEHN

DIPL.-1NG. K, FDCHStE · DS. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUSh · D-8000 MDNCHER 3V · TELEFON (089) 5Π08Γ - TELEX 05-29619(PATHE)

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Fokussierungsermittlungsvorrichtung für eine Kamera

Die Erfindung betrifft eine Fokussierungsermittlungsvorrichtung unter Ausnützung des Umstandes, daß das Kontrastsignal des Bildes eines Gegenstands einen maximalen Wert erreicht, wenn die richtige Fokussierung erhalten wurde.

Die optische Intensität'einer jeden räumlichen Frequenz des Bildes eines Gegenstands, oder das Leistungsspektrum, erreicht einen maximalen Wert, wenn die Fokussierung erhalten wird und das Ausmaß der Änderung des Leistungsspektrums ist am bedeutsamsten in einem hohen räumlichen Frequenzbereich, Eine auf diesem Merkmal beruhende Fokussierungsermittlungsvorrichtung wurde bereits vorgeschlagen. In der bekannten Vorrichtung wird ein optisches Intensitätssignal im hohen räumlichen Frequenzbereich eines Gegenstandsbildes erfaßt, wobei die Fokussierung ermittelt wird, wenn sich das auf diese Weise erfaßte Signal auf seinem maximalen Wert befindet. Beispielsweise wurde eine Fokussierungsermittlungsvorrichtung vorgeschlagen, bei welcher ein Gegenstandsbild mechanisch oder elektrisch unter Verwendung eines photoelektrischen Wandlerelements abgetastet wird, um die räumliche Helligkeitsverteilung des Gegenstandsbilds in ein serielles Zeitsignal umzuwandeln. Anschließend werden die hochfrequenten Komponenten der Wellenform unter Verwendung eines Differenzierkreises oder eines Hochpaßfilters erfaßt. Die Linse wird in ihre

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Stellung angehalten, wenn das Ausgangssignal der Anordnung seinen maximalen Wert erreicht.

In jüngster Zeit wurde ein Verfahren zur Verwendung eines selbstabtastenden photoelektrischen Elements für eine derartige Abtastung vorgeschlagen. Bei dem bekannten Verfahren befindet sich ein selbstabtastendes photoelektrisches Element in der Abbildungsebene der Linse/ so daß die räumliche Helligkeitsverteilung des Gegenstandsbilds in ein diskretes serielles Zeitsignal umgewandelt wird. Dieses Signal wird unter Verwendung eines Abtast- und Haltekreises und eines Glättungskreises in ein analoges Signal umgewandelt. Anschließend wird das Analogsignal einer Differenzierung oder ähnlicher Behandlung unterworfen,um die Fokussierung zu ermitteln. Dieses bekannte Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, daß wegen der Verwendung eines Tiefpaßfilters im Glättungskreis die erforderlichen hochfrequenten Komponenten eliminiert werden. Infolgedessen ist es schwierig, eine analoge Wellenform zu erhalten, die der Helligkeitsverteilung des Gegenstandsbilds äquivalent ist, wobei ferner die Schaltung selbst sehr umfangreich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Fokussierungsermittlungsvorrichtung zu schaffen, bei welcher alle vorausgehend beschriebenen Schwierigkeiten der bekannten Vorrichtung beseitigt sind.

Insbesondere soll durch die Erfindung eine Fokussierungsermittlungsvorrichtung geschaffen werden, in welcher anstelle der Umwandlung des Ausgangssignales des selbstabtastenden photoelektrischen Elements in eine analoge Wellenform eine Kontrastinformation zusammen mit dem unveränderten diskreten Signal erfaßt wird, um selbsttätig die Fokussierungsermittlung vorzunehmen.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Fokussie— rungsermittlungsvorrichtung für eine Kamera gelöst, die eine selbstabtastende photoelektrische Einrichtung mit einer Anzahl von Elementen aufweist, die in einer der Position der Abbildungsebene einer Linse äquivalenten Stellung angeordnet sind- Eine Treiberschaltung steuert das photoelektrische Element und eine Verzögerungsschaltung verzögert eine diskrete Äusgangswellenforra des photoelektrischen Elements um eine Zeitspanne entsprechend der Abtast— periode für ein Element oder zwei Elemente- Eine Diffe— renzschaltung erfaßt eine Ausgangsdifferenz zwischen der verzögerten Wellenform und der unverzögerten Wellenform. Ein Absolutwertkreis erfaßt den Absolutwert eines Aus— gangs-Differenzsignals der Differenzschaltung. Ein Scheitelwert-Haltekreis hält einen Scheitelwert in einer Absolutwert-Wellenform, die durch den Absolutwertkreis in einer Abtastperiode des photoelektrischen Elements geliefert wird, so daß ein Ausgangsdifferenzsignal zwischen den Elementen bei einem diskreten unveränderten photoelektrischen Wandlerausgangssignal erhalten wird.

Das maximale Scheitelwertausgangssignal wird erhalten, wenn die richtige Fokussierung erzielt ist.

Die Erfindung wird anschließend unter Bezugnahme auf eine bevorzugte, in den anliegenden Zeichnungen dargestellte Ausführungsform beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Prinzips einer erfindungsgemäßen Fokussierungsermittlungsvorrichtung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Fokussierungsermittlungsverfahrens,

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Fig. 3A bis D schematische Darstellungen, welche die Änderung der Wellenform des photoelektrischen Ausgangssignals in der Schaltung nach Fig. 2 darstellen, wobei

Fig. 3A eine ursprüngliche Wellenform in einer Abtastperiode zeigt, die als Ausgang einer selbstabtastenden photoelektrischen Einrichtung erhalten wird, und

Fig. 3B eine Wellenform darstellt, die durch Verzögerung der ursprünglichen Wellenform um eine Zeitspanne entsprechend zwei Elementen erhalten wird,

Fig. 3C die Wellenform der Ausgangsdifferenz zwischen den beiden Wellenformen und

Fig. 3D die Wellenform des Absolutwerts der Ausgangsdifferenz angibt, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Änderungen eines Scheitelwerts bei einer Vorwärts- und Rückwärtsbewegung der Linse.

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen den photoelektrischen Ausgangssignalen dreier gegebener benachbarter Elemente in einem selbstabtastenden photoelektrischen Element angibt, sowie die Helligkeitsverteilung des Bildes eines Gegenstands. In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen P.., P- und P₃ die drei Elemente. Trifft ein Gegenstandsbild mit einer Helligkeitsverteilung gemäß der voll ausgezogenen Linie 1 auf das photoelektrische EIe-

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ment auf, so wird ein pulsförraiges diskretes Ausgangssignal· erhalten.

Es sei angenommen, daß die Helligkeitsverteilung (voll ausgezogene Linie 1) des Gegenstandsbildes durch f(x) dargestellt wird. Wird das diskrete Ausgangssignal in eine analoge Wellenform umgewandelt, so wird eine der voll ausgezogenen Linie 1 äquivalente Verteilung erhalten. Wird die analoge Wellenform differenziert, so kann eine dem Differentialquotienten f (x) äquivaltene Verteilung erhalten werden. Jedoch kann ein dem Differentialquotionten f'(x) angenäherter Wert durch numerische Differentiation zusammen mit dem gestreuten,ungefilterten,unveränderten Ausgangssignal erhalten werden. Anders ausgedrückt, eine Funktion f (x·) an einer Stelle s. kann mit einer Funktion an einer von der Stelle x. verschiedenen Stelle χ. erhalten werden und desgleichen der Differentialquotient durch eine Taylor'sehe Reihe.

(m = 1, 2, 3,

Aus dieser Gleichung kann die folgende Näherungsgleichung für f. erhalten werden:

V * -i

. i _i

2h

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Die Gleichung Π) enthält einen Fehler von etwa — "jfi*™ r und

die Gleichung (2) enthält einen Fehler von etwa - ^ f '** -

6 i

Somit ist die Gleichung (2) stärker dem richtigen Differentialquotienten f. angenähert. Da die Gleichung (1) die Ausgangsdifferenz zwischen zwei benachbarten photoelektrischen Elementen darstellt, entspricht die Gleichung (1) dem Erhalt des Gradienten der gestrichelten Linie 2. Da Gleichung (2) die Ausgangsdifferenz zwischen zwei photoelektrischen Elementen darstellt, die alle zwei Elemente erfaßt wird, entspricht die Gleichung (2) dem Erhalt des Gradienten der strichpunktierten Linie 3.

Eine erfindungsgemäße Fokussierungsermittlungsvorrichtung ist in Fig. 2 angegeben. Die vorausgehend aufgeführte Näherungsgleichung wird auf den Ausgang einer selbstabtastenden photoelektrischen Einrichtung 6 mit einer Anzahl von Elementen angewandt. Das Bild eines Gegenstands 4 wird auf der selbstabtastenden photoelektrischen Einrichtung mittels einer Linse 5 erhalten. Die selbstabtastende photoelektrische Einrichtung 6 wird durch eine Treiberschaltung 7 gesteuert, so daß das Gegenstandsbild elektrisch abgetastet wird. Infolgedessen wird die Helligkeitsverteilung photoelektrisch umgewandelt, um ein diskretes zeitserielles Signal zu liefern.

Die Ausgangswellenform der selbstabtastenden photoelektrischen Einrichtung 6 wird durch einen Verstärker 8 verstärkt und anschließend um die Zeitspanne entsprechend der Abtastperiode für ein Element oder zwei Elemente mittels einer Verzögerungsschaltung 9 verzögert. Die auf diese Weise verzögerte Wellenform wird dabei mit der nicht durch die Verzögerungsschaltung 9 tretende Wellenform in einer Differenzschaltung 10 verglichen. Dabei wird ein Spannungswert erzeugt, der der Spannungsdiffe-,

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renz zwischen den beiden Wellenformen entspricht.

Das Ausgangsdifferenzsignal wird durch einen Absolutwertkreis 11 in eine positive oder negative Spannung umgewandelt. Der Maximalwert des Absolutwerts-Ausgangssignals während einer Abtastperiode wird ermittelt und durch den Scheitelwert—Haltekreis 12 gehalten- Das Scheitelwertausgangssignal des Scheitelwerthaltekreises 12 stellt ein Signal dar, das den Fokussierungszustand anzeigt.

Die Fig. 3A - 3D zeigen die Änderungen der Wellenform. Insbesondere stellt Fig. 3A das Ausgangssignal des Verstärkers 8 dar, Fig. 3B die Wellenform, die durch Verzögerung des Ausgangssignals des Verstärkers 8 um eine zwei Elementen entsprechende Zeitspanne mittels der Verzögerungsschaltung 9 erreicht wird, Fig. 3C die Ausgangsdifferenzsignal-Wellenform, die der Spannungsdifferenz zwischen den beiden Wellenformen entspricht, und Fig. 3D eine Wellenform, die den Absolutwert des vom Absolutwertkreis gelieferten Differenzausgangssignals angibt.

In Fig. 3 ist die Differenz zwischen dem Ausgangssignal eines Elements P11 und dem Ausgangssignal eines Elements P9 am größten, so daß der Scheitelwert 13 in der Absolutwert-Ausgangswellenform (Fig. 3D) erscheint. Bei einem flachen Gegenstand zeigt das Absolutwert-Ausgangssignal zwischen jedem Elementpaar den maximalen Wert, wenn die Fokussierung erzielt wurde. Bei einem Tiefe aufweisenden Gegenstand muß die Helligkeitsverteilung hinsichtlich kleiner Teile des Gegenstands selektiv erfaßt werden. Wird der Scheitelwert 13 gehalten, so wird nur der Teil erfaßt, der den maximalen Kontrast im Meßbereich anzeigt. Somit kann die Fokussierung ebenfalls für ein Tiefe aufweisendes Objekt ermittelt werden.

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Fig. 4 zeigt Änderungen des Scheitelwerts in einer Abtastperiode, wenn die Linse vorwärts und rückwärts bewegt wird. In Fig. 4 bezeichnen T., T₃, ... und T_n jeweils Abtastperioden der selbstabtastenden photoelektrischen Einrichtung. Der Scheitelwert wird in einer Abtastperiode gehalten, bis ein weiterer Scheitelwert in der nächsten Abtastperiode geliefert wird. Somit gibt Fig. 4 an, daß der maximale Scheitelwert in der Abtastperiode Tj- erhalten wird und daß zu diesem Zeitpunkt die Linse die richtige Fokussierungsstellung erreicht.

Das selbstabtastende photoelektrische Element kann ein großes photoelektrisches Ausgangssignal liefern, da es die während einer Abtastperiode einfallende Lichtmenge speichert. Wird die Abtastgeschwindigkeit verkleinert, so kann ein hohes photoelektrisches Ausgangssignal bei Licht niedriger Intensität erhalten werden.

Infolge der Verwendung der vorausgehend beschriebenen selbstabtastenden photoelektrischen Einrichtung wird durch die Erfindung eine Fokussierungsermittlung mit hoher Empfindlichkeit verglichen mit einem System erhalten, welches eine photoelektrische Elementreihe verwendet, bei welcher keine Abtastung erfolgt, um photoelektrische Differenzsignale zwischen den Elementen zu erfassen. Ferner wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das diskrete photoelektrische Ausgangssignal direkt verarbeitet, ohne analoge Wellenformumwandlung. Daher ist die Schaltung vergleichsweise kompakt. Darüberhinaus wird die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht durch die Elimination hochfrequenter Komponenten beeinträchtigt, die bei einer Digital-Analog-Umwandlung auftreten kann. Die erfindungsgemäße Fokussierungsermittlungsvorrichtung weist daher eine merklich höhere Empfindlichkeit auf.

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Zusammenfassend betrifft die Erfindung eines Fokussierungsermittlungsvorrichtung für eine Kamera, die eine selbstabtastende photoelektrische Einrichtung mit einer Anzahl von Elementen verwendet, die in einer der Stellung der Abbildungsebene einer Linse äquivalenten Stellung angeordnet sind. Eine Treiberschaltung steuert das photoelektrische Element und eine Verzögerungsschaltung verzögert eine diskrete Ausgangs-Wellenform des photoelektrischen Elements um eine Zeitspanne entsprechend der Abtastperiode eines Elements oder zweier Elemente. Eine Differenzschaltung erfaßt eine Ausgangsdifferenz zwischen der verzögerten Wellenform und der unverzögerten Wellenform. Ein Absolutwertkreis erfaßt den Absolutwert eines Ausgangsdifferenzsignals der Differenzschaltung und ein Scheitelwert-Haltekreis hält den Scheitelwert in der Absolutwertwellenform, die durch den Absolutwertkreis in einer Abtastperiode des photoelektrischen Elements geliefert wird, so daß ein Ausgangsdifferenzsignal zwischen den genannten Elementen mit einem unveränderten diskreten photoelektrischen Wandlerausgangssignal erfaßt wird. Das maximale Scheitelwert-Ausgangssignal wird erhalten, wenn die Fokussierung erzielt ist.

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Claims (1)

1. JPAXENTAN WÄX.TE 23 3 38 1

   DK. INC. E. HOFfMANN ilS3e-»7ij - DIfU-IHCW-EiTiE - 03L-EEl-NAT-K-HOFFiAANM - Dirt.-ING.W. LEHN

   BIfL-IKG. CFOCHSIf - DZ. BE*. HAT- B. MAMSEM AiABEtLASISASSEiJSTEJtNHAUS) - D-SOODMONCHiHSl - TELEfON lOEJj *nJJB7 - TElEX 05-1»»!MIH£»

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   Asaki Kogaku Kogyo Kabushiki Kalsiia, Tokio, Japan

   Patentansprüche

   Fokussierungsermittlungsvorrichtung für eine Kamera, gekennzeichnet durch eine selbstabtastende photoelektrische Einrichtung mit einer Anzahl Elemente, die in einer der Abbildungsebene der Linse äquivalenten Stellung angeordnet sind, eine Treiberschaltung (7) zur Steuerung der photoelektrischen Einrichtung, eine Verzögerungsschaltung {9) zur Verzögerung einer diskreten Ausgangswellenform des photoelektrischen Elements um eine Zeitspanne, die mindestens der Abtastperiode für ein Element entspricht, eine Signalverarbextungsschaltung, welche Änderungen der verzögerten Ausgangswellenform und der nicht-verzögerten AusgangswellenfJorm in einer Abtastperiode der photoelektrischen Einrichtung erfaßt, so daß ein Ausgangsdifferenzsignal zwischen den Elementen als ungefiltertes diskretes photoelektrisches Wandlerausgangssignal erfaßt wird und ein maximales Ausgangssignal erhalten wird, wenn die richtige Fokussierung erzielt ist.

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   2- FokussieirungsermittlungSvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalverarbeitungseinrichtung eine Differenzschaltung (lo) zum Erfassen einer Differenz zwischen der verzögerten und unverzögerten Wellenform und zur Erzeugung eines Ausgangsdifferen2signals aufweist-

   3- Fokussierungsermittlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn ze ichne t , daß die Signalverarbeitungseinrichtung ferner einen Absolutwertkreis

   (11) zum Erfassen des Absolutwerts des Ausgangsdifferenzsignals aufweist sowie einen Scheitelwert-Haltekreis zum Halten eines vom Absolutwertkreis ermittelten
   Scheitelwerts.

   4- Fokussierungsermittlungsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Verzögerungsschaltung (9) eine diskrete Ausg-angs— wellenform für eine Zeitspanne entsprechend der Ab—
   tastperiode für zwei Elemente der selbstabtastenden
   photoelektrischeii Einrichtung verzögert.

   5. Fokus-sierungserifiittlungsvorrichtung nach Ansprach t, 2 oder 3, g e k » η η ζ e i c h ή e t durch eine
   Verstärker anordnung (S) , die zwischen der seibstab—
   tastenden photoelektrischen Einrichtung und der Iferzögerungsschaltung (9) liegt.

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