DE2935303C2

DE2935303C2 - Vorrichtung zur Feststellung der Fokussierung eines Objektivs

Info

Publication number: DE2935303C2
Application number: DE19792935303
Authority: DE
Inventors: Harumi Kiyose Aoki; Yoshio Tokyo Sawada
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1978-09-01
Filing date: 1979-08-31
Publication date: 1982-05-19
Also published as: GB2030415A; JPS5535317A; GB2030415B; FR2435054A1; FR2435054B1; DE2935303A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie arbeitet unter ⁴^ Ausnutzung der Tatsache, daß ein mit dem Objektiv wiedergegebenes Objektbild bei genauer Fokussierung seinen maximalen Kontrast hat, und ist z. B. in der DE-OS 29 33 813 beschrieben.

Ein Objektbild, das beispielsweise in einer fotografi- ^r>o sehen Kamera mit dem Objektiv auf die Bildebene projiziert wird, zeigt bei genauer Fokussierung maximale Helligkeitsunterschiede bzw. größten Kontrast. Insbesondere in Randbereichen und an Übergangsstellen ist zu beobachten, daß die Helligkeitskurve bei genauer Fokussierung die größte Steigung hat. Diese Erscheinung läßt sich dadurch erklären, daß die Lichtintensität (Leistungsspektrum) des Objektbilds gegenüber jeder Raumfrequenz den maximalen Wert hat, wenn das Bild genau fokussiert ist.

Bei der Abtastung eines aus Einzelelementen gebildeten fotoelektronischen Bauelements wird ein Signalverlauf mit einer Reihe zeitlich diskontinuierlicher Spitzen erzeugt. Dieser Signalverlauf kann unter Anwendung einer Speicherung und Glättung in den entsprechenden analogen Signalverlauf umgesetzt werden, der dann differenziert wird, um den differenzierten Wert aussondern zu können. Dieser wird wiederum mit einer Absolutwertschaltung in ein entsprechendes Absolutwertsignal umgesetzt, und danach wird der Spitzenwert dieses Signals für jeden Abtastzyklus festgestellt und gespeichert. Dieser Spitzenwert dient als Kontrastsignal, mit dem die Fokussierung des Objektivs angezeigt oder auch das Objektiv verstellt wird. Ein selbsttätig abtastendes fotoelektronisches Bauelement bietet dabei den Vorteil, daß ein zur Auswertung geeignetes Ausgangssignal auch dann erzielt wird, wenn geringe Lichtstärke vorliegt, da dieses Element eine akkumulierende Wirkung für die Lichtmenge eines Abtastzyklus hat.

Beim Gegenstand der DE-OS 29 33 813 werden die Ausgangssignale der Abtastung des fotoelektronischen Bauelements einerseits direkt, andererseits zeitlich verzögert einem Differenzverstärker bzw. Vergleicher zugeführt Dies ergibt einen verzögerten und einen nicht verzögerten Signalverlauf, wobei die Verzögerungszeit dem Abstand zwischen jeweils zwei Einzelsignalen entsprechen kann, welche von Einzelelementen des fotoelektronischen Bauelements abgegeben werden. Die Vergleichszeit, innerhalb der die Differenzbildung durchzuführen ist, entspricht dabei gerade der Breite eines Einzelimpulses. Ein Fehler der mit der Verzögerungsschaltung erzeugten Verzögerungszeit darf also nicht länger als die Impulsdauer sein, so daß zur Erzeugung der Verzögerungszeit Präzisionsbauelemente mit möglichst geringen Toleranzen verwendet werden müssen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Feststellung der Fokussierung eines Objektivs anzugeben, die ein Kontrastsignal ohne Differentiation liefert, dabei aber die Lichtempfindlichkeit eines selbsttätig abtastenden fotoelektronischen Bauelements möglichst optimal ausnutzt. Dies soll zu einer vereinfachten Schaltungsanordnung führen, die den kompakten Aufbau der Vorrichtung ermöglicht und bei der sich ein besonderer Aufwand für die Speicherung von Spitzenwerten erübrigt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs I gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung tritt kein Verlust an Signalkomponenten hoher Raumfrequenz auf, die zur Auswertung des Bildkontrastes erforderlich sind, da eine Glättung der Abtastsignale mit den zeitlich diskontinuierlichen Spitzenwerten im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren nicht erforderlich ist. Deshalb macht die Erfindung eine Erhöhung der Auswertegenauigkeit möglich. Außerdem ist das Absolutwertsignal des den Bildkontrast angebenden Differentialsignals nicht mit derart scharfen Übergängen wie das differenzierte Signal versehen, so daß es leichter wird, seinen Spitzenwert zu halten und den genauen Spitzenwert auszusondern. Ferner kann die zugehörige Schaltung einfacher aufgebaut werden, wodurch die Gesamtvorrichtung kompakter wird. Schließlich ist darauf hinzuweisen, daß die Erfindung unter Ausnutzung des Akkumulationseffekts eines selbsttätig abtastenden fotoelektronischen Bauelements arbeitet, so daß die Kontrastauswertung auch bei dunkleren Objekten möglich ist.

Eine Vorrichtung nach der Erfindung erzeugt zwei Signalverläufe, zu deren Vergleich bzw. Differenzbildung eine Zeit zur Verfügung steht, die nicht der schmalen Einzelimpulsbreite entspricht, sondern dem vergleichsweise längeren Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Abtastimpulsen. Da also an die

Bemessung der Vergleichszeit keine derart hohen Genauigkeitsforderungen gestellt werden wie beim Gegenstand der DE-OS 29 33 813, können einfachere und billigere Bauelemente verwendet werden, wobei gleichzeitig eine höhere Meßgenauigkeit erzielt wird. Solche Bauelemente sind Kombinationen von Speicherkondensatoren und Analogschaltern, wie sie in den Unteransprüchen angegeben sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt ι ο

F i g. 1 die schematische Darstellung des Prinzips, nach dem eine Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet, wobei die Helligkeitsverteilung bei genauer und fehlerhafter Fokussierung gezeigt ist,

Fig.2 eine Verteilung der Spitzenwerte des Kontrastsignals bei fehlerhafter und genauer Fokussierung,

F i g. 3 eine Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig.4 Signalverläufe in der Schaltungsanordnung nach F i g. 3,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig.6 ein Zeitdiagramm für die Taktimpulse eines selbsttätig abtastenden fotoelektronischen Bauelements sowie der Steuerimpulse für in der Vorrichtung verwendete Analogschalter.

Fig. 1 zeigt schematisch die charakteristischen Kurven der Helligkeitsverteilung eines Objektbilds für den fokussierten und nicht fokussierten Zustand. Aus der Darstellung geht hervor, daß die Steigung dieser Kurven bei Abweichung von der genauen Fokussierung geringer wird. Die Steigung kann als Helligkeitsunterschied zwischen zwei Bildpunkten ausgedrückt werden, der seinen Maximalwert annimmt, wenn das Objektbild fokussiert ist. Ein Helligkeitsunterschied beispielsweise zwischen den Punkten a und b hat den Wert au wenn das Bild fokussiert ist, und den Wert A₂, wenn das Bild nicht fokussiert ist. Aus der Darstellung geht hervor, daß der Wert Δι größer als der Wert Δ2 ist. Es ist deshalb möglich, die genaue Fokussierung aufgrund der 4« Tatsache festzustellen, daß der Helligkeitsunterschied (Kontrastsignal) zwischen zwei Bildpunkten, insbesondere innerhalb eines Abschnitts, der der Steigung der Helligkeitsunterschiedskurve entspricht, bei genauer Fokussierung seinen Maximalwert annimmt.

Das diesen Maximalwert enthaltende Signal ändert sich abhängig von der Position des Objektivs und hat sein Maximum, wenn sich das Objektiv in Jer genauen Fokussierungsstellung befindet, was in Fig. 2 gezeigt ist. Bekannte Vorrichtungen eignen sich zwar zur automatischen Feststellung der Fokussierung, jedoch sind bei ihnen einige Probleme noch ungelöst. Eines dieser Probleme besteht darin, daß das nach einer Glättung erhaltene Kontrastignal nicht genau analog der Helligkeitsverteilung des Objektbildes verläuft. Es 5Ί tritt hingegen manchmal ein Verlust an Komponenten hoher Raumfrequenz auf, der durch ein niederfrequentes Filter in der Glättungsschaltung verursacht wird. Versuche, derartige Verluste zu vermeiden, führen jedoch zu übermäßigen hochfrequenten Komponenten im Kontrast. Diese Komponenten verursachen dann Störungen des differenzierten Signalverlaufs. Ein anderes schwerwiegendes Problem besteht darin, daß das differenzierte Signal bei Feststellung seines Spitzenwertes einen zu abrupten Verlauf hat, um den genauen Spitzenwert halten zu können. Dies macht die Feststellung der genauen Fokussierungsposition schwierig und beeinträchtigt die Auswertegenauigkeit.

Aus diesen Gründen ist die praktische Herstellung bekannter Vorrichtungen problematisch.

Die Erfindung führt nun zu einer Vorrichtung, die die vortei'haften Eigenschaften der- Prinzips der selbsttätigen Abtastung mit einem fotoelektronischen Bauelement optimal ausnutzt und dabei Nachteile bisheriger Anordnungen vermeidet, so daß sich eine beachtliche Erhöhung der Auswertegenauigkeit ei-gibt. Ein Ausführungsbeispiel einer nach der Erfindung arbeitenden Vorrichtung zeigt F i g. 3. Ein Objekt 13 wird mit dem Objekt 14 auf ein selbsttätig abtastendes fotoelektronisches Bauelement 15 projiziert, das mit einer Treiberschaltung 16 betrieben wird und ein Signal erzeugt, das eine Reihe zeitlich diskontinuierlicher Spitzenwerte enthält und in Fig.4G dargestellt ist. Es sei bemerkt, daß dieses Signal für zwei aufeinanderfolgende Abtastzyklen T3 und T* gezeigt ist, wobei der Abtastzyklus 7} eine genauere Fokussierung als der Abtastzyklus T3 zeigt. In Fig.4G ist die Helligkeitsverteilung des Objektbildes gestrichelt angedeutet.

Das die Spitzenwerte enthaltende Ausgangssignal des fotoelektronischen Bauelements 15 wird mit einem Verstärker 17 verstärkt und gleichzeitig zwei Umsetzungs- und Halteschaltungen 18 und 19 zugeführt. Die erste Schaltung 18 hält, wie in Fig.4H dargestellt ist, zeitlich diskontinuierliche Spitzenwerte eines jeden zweiten Mikroelements des selbsttätig abtastenden fotoelektronischen Bauelements. Die zweite Schaltung

19 hält in ähnlicher Weise, wie in Fig. 41 dargestellt, zeitlich diskontinuierliche Spitzenwerte eines jeden zweiten Mikroelements, wobei diese Mikroelemente jedoch um ein Mikroelement gegenüber denen versetzt sind, deren Signale mit der Schaltung 18 verarbeitet werden. Die beider. Signalzüge sind also um einen Treiberimpuls für die Mikroelemente gegeneinander versetzt. Jedes Aiisgangssignalpaar der beiden Schaltungen 18 und 19 wird mit einer Differenzierschaltung

20 in ein Signal umgesetzt, das die Differenz der beiden Signale angibi. Dieses Differenzsignal ist in Fig.4J dargestellt. Es wird mit einer Absolutwertschaltung 21 in einen positiven oder negativen Absolutwert umgesetzt, der in Fig.4K dargestellt ist. Ein Spitzenwert des absoluten Signalverlaufs innerhalb eines Abtastzyklus wird mit unem Spiizendetektor 22 festgestellt und gehalten, bis der nächste Spitzenwert innerhalb des nächsten Abtastzyklus auftritt. Fig.4L zeigt den Verlauf des Spitzenwertsignals. Dieses entspricht einem Bildkontrastsignal und hat seinen Maximalwert an einer Stelle koinzident mit der genauen Fokussierungsposition. Diese Entsprechung ist in F i g. 2 gezeigt.

Die schaltungstechnische Ausführung einer Vorrichtung nach der Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt. Ein selbsttätig abtastendes fotoelektronisches Bauelement 23 wird mit einer Treiberschaltung 24 angesteuert, die einen Impulsgenerator enthält. Das fotoelektronische Bauelement 23 gibt ein Ausgangssignal ab, das eine Reihe zeitlich diskontinuierlicher Spitzenwerte enthält und einem Operationsverstärker A 1 zugeführt wird. In der in F i g. 5 gezeigten Schaltung sind Widerstände R 1 bis R 16 vorgesehen. Das verstärkte Signal mit zeitlich diskontinuierlichen Spitzenwerten wird in zwei Singalverläufe aufgeteilt, die jeweils mit einem Analogschalter 5 2 bzw. 53 umgesetzt werden und an einem Kondensator Cl bzw. C2 als Analogsignale auftreten. Die beiden Analogsignale werden über Pufferverstärker A 2 und A 3 einem Operationsverstärker A 4 zugeführt, der ein Differenzsignal erzeugt. Die Steuerimpulse für die Analogschalter 52 und 53 haben eine Periode, die

doppelt so lang wie diejenige der Ansteuerimpulse für das fotoelektronische Bauelement 23 sind, und eine Verschiebung gegenüber den Ansteuerimpulsen um einen Impuls. Der Analogschalter 51 setzt bei jedem Ansteuerimpuls das Ausgangssignal des fotoelektronischen Bauelements 23 zurück, wodurch dessen genauer Wert beibehalten wird.

Das Differenzsignal des Operationsverstärkers A 4 wird mit einem Operationsverstärker A 5 und Dioden D\ und Dl in ein positives Absolutwertsignal umgesetzt. Dieses Absolutwertsignal wird dann mit einem Operationsverstärker A 6 verstärkt, und ein Spitzenwert des Absolutwertsignals über einen Abtast-

wert wird mit einem Operationsverstärker A 7 gehalten, dem eine Diode D3 und ein Kondensator C3 zugeordnet sind. Ein Analogschalter 55 entlädt den Kondensator C3 für jeden Abtastzyklus. Der auf diese Weise erhaltene Spitzenwert wird mit einem Pufferverstärker A 8 verarbeitet, der ein Fokussierungssignal V; abgibt.

F i g. 6 zeigt ein Zeitdiagramm für Steuerimpulse Pi, P2, P3, PA für die Analogschalter 51,52,53,54 sowie für die Ansteuerimpulse des selbsttätig abtastenden fotoelektronischen Bauelements 23. Ein Abtastzyklus ist mit Tbezeichnet.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Feststellung der Fokussierung eines Objektivs durch Auswertung der Helligkeitsverteilung eines Objektbildes mittels eines impulsar- tig seriell abgetasteten, aus mehreren nebeneinander angeordneten fotoelektronischen Einzelelementen gebildeten fotoelektronischen Bauelements, dessen Ausgangssignale innerhalb eines Abtastzyklus für einen vorgegebenen Unterschied ihrer zeitlichen to Lage durch Differenzbildung miteinander verglichen werden, wonach die Vergleichsergebnissignale einer Absolutwertbildung unterzogen werden und die Absolutwertsignale eine Spitzenwert-Halteschaltung ansteuern, die ein Fokussierungssignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssigcale der Einzelelemente nach geradzahliger und ungeradzahliger Ordnung innerhalb des Abtastvorganges alternierend jeweils in einen analogen Signalverlauf unter Haltung des jeweiligen Spitzenwertes umgesetzt werden und daß diese beiden Signalverläufe miteinander verglichen werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur getrennten Umsetzung Umsetzungs- und Halteschaltungen in Form impulsartig gesteuerter Analogschalter (S2, S3) mit nachgeschalteten Kondensatoren (Ci, C2) vorgesehen sind, die jeweils mit dem Eingang eines Pufferverstärkers (A 2, A 3) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Umsetzung vorgesehenen Analogschalter (S2, S3) mit Impulsen der halben Abtastimpulsfrequenz gesteuert werden, wobei diese Impulszüge gegeneinander um einen Impulsabstand der Abtastimpulse versetzt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das fotoelektronische Bauelement (23) durch einen mit der Abtastimpulsfrequenz gesteuerten Analogschalter (S 1) rückstellbar ist.

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