DE2936992C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fokussiereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Nach dem Stand der Technik gibt es bereits zahlreiche Fokus-Detektoreinrichtungen, die jedoch häufig zu einer fehlerhaften Identifizierung der Fokussierposition aufgrund eines falschen Entfernungswertsignals führen, das sich aufgrund von Schwankungen der Ausgangssignalamplitude der Lichtmeßschaltung, durch Rauschen oder Änderungen des Objektfeldes ergibt, welche durch das Herausragen eines Hindernisses in der Entfernungsmeßzone verursacht werden.

Aus der DE-AS 25 05 204 ist auch bereits eine Fokussiereinrichtung bekannt, bei der ein Objektiv von Hand verstellt und der Spitzenwert eines dabei gewonnenen Fokussiersignals gespeichert wird. Bei einem zweiten Verstellvorgang des Objektivs in entgegengesetzter Richtung wird bei Erreichen des selben Spitzenwertes ein Signal abgegeben, daß die Scharfeinstellung erreicht ist. Hierbei besteht jedoch die Möglichkeit, daß der zweite Spitzenwert von einem anderen Objekt herrührt, so daß sich eine fehlerhafte Fokuseinstellung ergibt.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Fokussiereinrichtung für ein optisches System zu schaffen, die die Möglichkeit von Fehleinstellungen weitgehend verringert. Die Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Weiterbildungen der Erfindungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2A, 2B, 2C und 2D zeigen Diagramme zur Darstellung der Funktionen des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Teil des Blockschaltbildes gemäß Fig. 1,

Fig. 4 Einzelheiten des Schaltungsblocks 15 in Fig. 1,

Fig. 5 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Auswertungsschaltung nach der Erfindung,

Fig. 6 das Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels des Taktgebers 13 in Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine Detektorlinse 11 zur Feststellung der Brennpunktentfernung, also der Bildweite, in der optischen Achse O₁ angeordnet und dort verschiebbar mit Hilfe einer Antriebseinrichtung 12, die einen über geeignete Getriebe, Nocken usw. wirkenden Motor M₁ enthält. Die Detektorlinse 11 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung so ausgelegt, daß sie zwischen einer Position, die einem Objekt in einer Entfernung von einem Meter entspricht, und einer anderen Position, die einem Objekt mit unendlich großer Entfernung entspricht, hin- und hergeht. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 kann die Verschiebung der Linse 11 beispielsweise durch Antreiben einer in den Linsentubus 110 eingearbeiteten Zahnstange 120 mit Hilfe eines Zahnrades 122 erfolgen, das von dem Motor M₁ angetrieben wird. Zur Feststellung der Endposition der Detektorlinse 11 sind als Teil des Antriebsmechanismus 12 zwei Mikroschalter 123 und 124 vorgesehen. Der erste Mikroschalter 123 wird bei Kontakt mit dem Linsentubus 110 dann geschlossen, wenn die Detektorlinse in eine Position gebracht wird, die einem Objekt in einer Entfernung von einem Meter entspricht. Der zweite Mikroschalter 124 wird bei Kontakt mit der Zahnstange 120 geschlossen, wenn die Detektorlinse 11 in eine Position gebracht wird, die einem Objekt in unendlich großer Entfernung entspricht. Ein Flip-Flop 125 wird durch ein Ein-Signal eingestellt, das von dem ersten Mikroschalter 123 über eine Verzögerungsschaltung 126 kommt, und wird durch ein Ein-Signal zurückgestellt, das von dem zweiten Mikroschalter 124 über eine Verzögerungsschaltung 127 kommt. Eine Motorantriebsschaltung 128 läßt den Motor M₁ in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung entsprechend dem Einstell- oder Rückstellzustand des Flip-Flops 125 laufen, wodurch die Detektorlinse 11 in Richtung des Pfeiles A bzw. B verschoben wird.

Gemäß Fig. 1 ist außerdem eine Taktimpuls-Generatorschaltung 13 vorgesehen, die bei Einstellung des Flip-Flops 125 mit der Erzeugung von Ausgangsimpulsen (s) beginnt (vgl. Fig. 2A) und während des Einstellzustandes die Impulse weiter erzeugt. Demgemäß entspricht die Anzahl der nach Einstellung des Flip-Flops 125 erzeugten Impulse dem Betrag, um den die Detektorlinse 11 zurückgezogen worden ist. Das von einem Objekt kommende und durch die Detektorlinse 11 fallende Licht wird von einer Lichtmeßschaltung 14 mit einem Lichtempfänger 14a gemessen. Die Lichtmeßschaltung selbst ist von bekannter Art und erzeugt ein Lichtmeß-Ausgangssignal (b) mit einem Spitzenwert, der einem Anteil mit höchstem Objektkontrast entspricht. Für den Fall, daß sich mehrere Objekte mit verhältnismäßig hohem Kontrast in unterschiedlichen Entfernungen im Blickfeld befinden, weist das Lichtmeß-Ausgangssignal (b) demgemäß mehrere Spitzenwerte auf, die den Positionen der Objekte entsprechen (vgl. Fig. 2B).

Eine Spitzenwert-Anzeigeschaltung 15, die eine Abtast-Halteschaltung aufweist, nimmt das Lichtmeßsignal (b) als Eingangssignal auf und stellt den Spitzenwert seiner sich ändernden Amplitude fest. Gemäß Fig. 4 besitzt die Spitzenwert- Anzeigeschaltung 15 einen Komparator 150, der das Ausgangssignal der Lichtmeßschaltung 140 und das Ausgangssignal der Abtasthalteschaltung 151 aufnimmt, der ebenfalls das Ausgangssignal der Lichtmeßschaltung 140 zugeführt wird. Der Komparator 150 aktiviert einen Impulsgenerator 152 nur dann, wenn das Ausgangssignal der Lichtmeßschaltung 140 größer ist, als das Ausgangssignal der Abtasthalteschaltung 151. Der Impulsgenerator 152 erzeugt demgemäß kontinuierlich Impulse, wenn das Lichtmeß-Ausgangssignal (b) ansteigt, und beendet die Impulserzeugung, wenn das Lichtmeß-Ausgangssignal (b) kleiner wird als der Abtasthaltewert. Auf diese Weise läßt sich die Position des maximalen Spitzenwertes anhand des Zeitpunktes T identifizieren, zu dem die Impulserzeugung beendet wird (vgl. Fig. 2D). Ein Zähler 16, der die Taktimpulse (a) von der Taktimpuls-Generatorschaltung 13 als Eingangssignal und die Impulse (c) von der Spitzenwert- Anzeigeschaltung 15 als Rückstellsignal aufnimmt, zählt demgemäß die Anzahl x von Taktimpulsen (vgl. Fig. 2A), die die Taktimpuls-Generatorschaltung 13 während des Zeitabschnittes zwischen der endgültigen Beendigung von Impulsen (c) von der Spitzenwert-Anzeigeschaltung 15a und dem Eintreffen der Detektorlinse 11 an einer Position, die einem unendlich weit entfernten Objekt entspricht. Anders gesagt, der Zählwert x des Zählers 16 entspricht dem Betrag, um den die Detektorlinse 11 von einer Position, die einem unendlich weit entfernten Objekt entspricht, bis zur Fokussier-Position vorgeschoben worden ist.

Eine Zeitsteuerungsschaltung 31 erzeugt einen Impuls (d) vorbestimmter Länge, die die Beendigung der Abstandsmessung angibt, wenn die Detektorlinse 11 nach einer Verschiebung von einer Position, die der Objektentfernung von 1 m entspricht, zu einer Position, die unendlicher Objektentfernung entspricht, mit der Rückwärtsbewegung in Richtung auf die der Objektentfernung von 1 m entsprechenden Position in jedem Abtastzyklus der Detektorlinse 11 beginnt. Da die Taktimpuls- Erzeugungsschaltung 13 eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen während eines Abtastzyklus der Detektorlinse 11 abgibt, läßt sich die Zeitsteuerungsschaltung 13 so auslegen, daß sie den Impuls (d), der die Beendigung der Abstandsmessung angibt, nach Abzählen der vorbestimmten Anzahl von Taktimpulsen abgibt. Alternativ kann die Zeitsteuerungsschaltung gemäß Fig. 3 mittels eines monostabilen Multivibrators 310 verwirklicht werden, der einen Impuls vorbestimmter Länge bei Schließen des obenerwähnten zweiten Mikroschalters 124 erzeugt. In diesem Fall wird die Dauer des von dem monostabilen Multivibrator 310 erzeugten Impulses kürzer als die Verzögerungszeit der oben erläuterten Verzögerungsschaltung 127 gewählt.

Eine Speicherschaltung 32 übernimmt den Inhalt des Zählers 16 bei Eintreffen des die Beendigung der Entfernungsmessung angebenden Impulses (d) von der Zeitsteuerungsschaltung 31. Eine Koinzidenzschaltung 33 vergleicht den Zählwert in der Speicherschaltung 32 mit dem Zählwert des Zählers 16 beim nachfolgenden Abtastzyklus und erzeugt ein Koinzidenzsignal, wenn die beiden Zählwerte übereinstimmen, und zwar während der Dauer des die Beendigung der Entfernungsmessung angebenden Impulses (d), wie später erläutert werden soll. Ein Zwischenspeicher 17 nimmt den Zählwert des Zählers 16 bei Eintreffen des Koinzidenzsignals von der Koinzidenzschaltung 33 auf. Demgemäß führt der Zwischenspeicher 17 eine Speicherfunktion nur dann aus, wenn der Zähler 16 den gleichen Zählwert in aufeinanderfolgenden Abtastzyklen liefert. Auf diese Weise wird ein Einfluß von gegebenenfalls im Detektorsignal vorhandenen Fehlerkomponenten ausgeschaltet und eine genaue Entfernungsmessung sichergestellt.

Ein Digital-Analogwandler 18 wandelt die im Zwischenspeicher 17 enthaltenen Daten in eine Analogspannung um. Ein Objektiv 19, beispielsweise das Objektiv einer fotografischen Kamera, ist verschiebbar in Richtung der optischen Achse O₂ angeordnet, und zwar mit Hilfe einer Antriebseinrichtung 20, die einen Motor M₂ enthält. Ein veränderbarer Widerstand 21, beispielsweise ein Potentiometer, ändert seinen Widerstandswert entsprechend der Drehung des Motors M₂ und demgemäß der Position des Objektivs 19, derart, daß eine Ausgangsspannung geliefert wird, die der Position oder dem Verschiebungsbetrag des Objektivs 19 entspricht. Ein Servo-Verstärker 22 treibt den Motor M₂ so an, daß eine bestimmte Beziehung zwischen der Ausgangsspannung des Digital-Analogwandlers 18 und der Ausgangsspannung des veränderbaren Widerstandes 21 aufrechterhalten wird. Der Servo-Verstärker 22 und die Antriebseinrichtung 20 bewirken demgemäß eine Servoregelung unter Verwendung der Ausgangsspannung des Digital-Analogwandlers 18 entsprechend dem maximalen Spitzenwert als Bezugseingangsspannung und der Ausgangsspannung des veränderbaren Widerstandes 21, die der Position des Objektivs 19 entspricht, als rückgeführte Spannung.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel für die Speicherschaltung 32, die Koinzidenzschaltung 33 und den Zwischenspeicher 17 anhand von Fig. 5 beschrieben. Gemäß Fig. 5 wird der die Beendigung der Entfernungsmessung angebende Impuls (d) nach einer Verzögerung um eine vorbestimmte Zeitdauer durch eine Verzögerungsschaltung 51 an einen Zwischenspeicher 52 gegeben, derart, daß der Zählwert des Zählers 16 im Zwischenspeicher 52 aufgenommen wird. Die oben angegebene Speicherschaltung 32 ist demgemäß aus der Verzögerungsschaltung 51 und dem Zwischenspeicher 52 zusammengesetzt. Exklusiv-ODER-Gatter 53 bis 57 nehmen das Ausgangssignal des Zwischenspeichers 52 und den Zählwert des Zählers 16 auf. Ein NOR-Gatter 58, dem das Ausgangssignal der Exklusiv-ODER-Gatter 53 bis 57 zugeführt wird, gibt ein Ausgangssignal an ein UND-Gatter 59, dem als weiteres Eingangssignal der die Beendigung der Entfernungsmessung angebende Impuls (d) zugeführt wird und das ein Ausgangssignal zur Steuerung der Einschreibfunktion des Zwischenspeichers 17 liefert. Die obengenannte Koinzidenzschaltung 33 ist aus den vorstehend erläuterten Bauteilen zusammengesetzt.

Bei Eintreffen des die Beendigung der Entfernungsmessung angebenden Impulses (d) in einem Abtastzyklus liefert die Verzögerungsschaltung 51 den genannten Impuls (d) mit einer Verzögerung größer als die Dauer dieses Impulses (d) an den Zwischenspeicher 52, um dort den Zählwert des Zählers 16 einzuspeichern, so daß die Exklusiv-ODER-Gatter 53-57, denen koinzidente Eingangssignale zugeführt werden, logische Ausgangssignale "0" erzeugen.

Das NOR-Gatter 58 erzeugt dann ein logisches Ausgangssignal "1". Wegen der Funktion der Verzögerungsschaltung 51 ist jedoch der die Beendigung der Entfernungsmessung angebende Impuls (d) am UND-Gatter 59 zu diesem Zeitpunkt bereits beendet (logischer Wert "0"), so daß das UND-Gatter 59 ein logisches Ausgangssignal "0" liefert und damit das Einschreiben des Zählwertes vom Zähler 16 in den Zwischenspeicher 17 verhindert.

Beim Eintreffen des die Beendigung der Entfernungsmessung angebenden Impulses (d) im nachfolgenden Abtastzyklus erhält das UND-Gatter 59 demgemäß ein logisches Eingangssignal "1". Wenn der Zählwert des Zählers 16 in diesem Augenblick identisch mit dem Inhalt des Zwischenspeichers 52 ist, erzeugen die Exklusiv-ODER-Gatter 53-57 logische Ausgangssignale "0", wodurch das NOR-Gatter 58 ein weiteres logisches Eingangssignal "1" an das UND-Gatter 59 gibt, das dann ein logisches Ausgangssignal "1" erzeugt und die Einschreibefunktion für den Zählwert des Zählers 16 in den Zwischenspeicher 17 steuert. Für den Fall, daß das Ausgangssignal des Zwischenspeichers 52 nicht mit dem des Zählers 16 beim Eintreffen des zweiten, die Beendigung der Entfernungsmessung angebenden Impulses (d) übereinstimmt, wird dann natürlich die Einschreibefunktion für den Zwischenspeicher 17 nicht durchgeführt.

Es sei darauf hingewiesen, daß das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel sich ohne wesentliche Änderung des Ergebnisses und der Funktion so abändern läßt, daß die beschriebene Bewertungsfunktion in jedem zweiten Abtastzyklus durchgeführt wird, und zwar mit Hilfe einer Frequenzteilerschaltung für die die Beendigung der Entfernungsmessung angebenden Impulse, oder daß die Koinzidenzschaltung in analoger Form statt in digitaler Form arbeitet. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, eine sogenannte Entfernungsmessung durch das Objektiv vorzunehmen, bei der das Objektiv 19 gleichzeitig auch als Detektorlinse 11 benutzt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird zwar der Motor sowohl in der Vorwärts- als auch in der Rückwärtsrichtung angetrieben, aber es ist ebenfalls möglich, den Motor nur in einer Richtung laufen zu lassen und seine Drehbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung der Linse mit Hilfe einer geeigneten Nockeneinrichtung umzuwandeln. In diesem Fall kann die Taktimpuls-Generatorschaltung 13 gemäß Fig. 6 eine Scheibe 60 aufweisen, die bei einem Bewegungszyklus der Linse eine volle Drehung ausführt und auf einem Teil ihres Umfangs mit Schlitzen 61 versehen ist, die das Licht einer Lichtquelle (nicht gezeigt) auf einen Fotodetektor (nicht gezeigt) durchlassen, wobei der geschlitzte Abschnitt A der Scheibe zwischen der Lichtquelle und dem Fotodetektor während der Vorwärtsbewegung der Linse durchläuft, während der nicht geschlitzte Teil B der Scheibe bei der Rückwärtsbewegung der Linse zwischen der Lichtquelle und dem Fotodetektor durchläuft. Ein solches Ausführungsbeispiel läßt sich als Abänderung eines fotoelektrischen Codierers ansehen und ermöglicht die Gewinnung der Impulse gemäß Fig. 2A durch eine geeignete Formung des Ausgangssignals des Fotodetektors.

Entsprechend dem erläuterten Ausführungsbeispiel ermöglicht die Erfindung durch Verringerung der Schwankungen im Ausgangssignal des Zwischenspeichers 16 eine Erniedrigung der Leistungsaufnahme des Motors bei der automatischen Fokussierung und vermeidet eine Schwankung der Fokussierlage in einer Kamera.

Die vorstehende Erläuterung ist zwar in Verbindung mit der Feststellung der Fokussierlage anhand der bei der Abtastung mit der Detektorlinse gewonnenen Spitzenspannung gegeben worden, es sei aber darauf hingewiesen, daß die Erfindung auf keine Weise auf ein solches Ausführungsbeispiel eingeschränkt ist. Sie läßt sich in ähnlicher Weise bei anderen Fokussier-Detektoreinrichtungen anwenden, beispielsweise bei dem Vergleich von Doppelbildern, die durch eine Spiegelabtastung gewonnen werden.

Entsprechend der vorstehenden Erläuterung ermöglicht die Erfindung die Schaffung einer Auswertungsschaltung für eine Fokus-Detektoreinrichtung, die eine fehlerhafte Identifizierung der Fokus-Lage verhindert, welche sich aus einem fehlerhaften Entfernungswertsignal ergibt, um mit genauer Fokussierung selbst dann fotografieren zu können, wenn sich das Objekt im Augenblick der Aufnahme nicht in der Entfernungsmeßzone des Blickfeldes befindet, weil die Entfernungsinformation erst dann verloren geht, wenn der Detektorzyklus wenigstens zweimal durchgeführt ist, und eine genaue Fokussierung auf das Objekt ohne Beeinflussung durch ein Hindernis sicherstellt, das gegebenenfalls vor dem Objekt vorbeiläuft.

Claims (4)

1. Fokussiervorrichtung für ein optisches System mit einer Schaltungsanordnung zur aufeinanderfolgenden Erzeugung von Fokussiersignalen, die die einzustellende Fokussierposition des optischen Systems, insbesondere eines Objektivs angeben, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltungsanordnung (13-16) wiederholte Fokusfeststelloperationen ausführt und als deren Ergebnis Fokussiersignale erzeugt, die die Fokussierposition anzeigen, und
daß dann, wenn ein erstes und ein zweites Fokussiersignal übereinstimmen, das optische System in die Fokussierposition eingestellt wird.

2. Fokussiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (32) zum Speichern des ersten Fokussiersignals vorgesehen ist und eine Speicherschaltung (52) und eine Verzögerungsschaltung (51) aufweist, um das Fokussiersignal nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung in der Speicherschaltung zu speichern.

3. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Zeitverzögerung größer als die zum Vergleich des ersten und zweiten Fokussiersignals erforderliche Zeit ist.

4. Fokussiervorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen auf die Übereinstimmung des ersten und zweiten Fokussiersignals ansprechenden zusätzlichen Speicher (17) zum Speichern des zweiten Fokussiersignals.