DE2943793A1 - Vorrichtung zur feststellung der schaerfeeinstellung eines optischen systems - Google Patents
Vorrichtung zur feststellung der schaerfeeinstellung eines optischen systemsInfo
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Description
WUESTHOFF - ν. PECHMATsI N - BEHRE NS - GOE'H
PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFPICE
MANDATAIRES AGKEES PRES L'OFFICE EUROPiEN DES BREVETS
-ν-
DR. PHIL. FREDA VUFSTHOFP (1927-1956)
DITL.-ING. GF RlIARD PULS (1952-I971)
DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN
DR.-ING. DIETER BEHRENS
DI PL.-I NG.; DIFL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT COBTZ
D-8000 MÜNCHEN SCHWEIGERSTRASSE
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Olympus Optical Company Limited, 43-2, 2-Chome, Hatagaya, Shibuya-Ku,
Tokyo, Japan
Titel:
Vorrichtung zur Festellung der Schärfeeinstellung eines optischen Systems
030019/0885
2943733
WUESTHOFF- ν. PECHMANN- BEHRENS -GOET2 d.fl,.ng.g«r„ard ful, (ι,,,-,97«)
DIFL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON FECHMANN FROFESSIONAL REFRESENTATIVES BEFORE THE EUROFEAN FATENT OFFICE DR.-ING. DIETER IEHRENS
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telefon: (089) 66 20 ji
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Vorrichtung zur Festellung der Schärfeeinstellung
eines optischen Systems
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Vorrichtung ist z.B. in einer Kamera, einem Mikroskop oder dergleichen verwendbar.
Es sind verschiedene Arten von Feststellungsvorrichtungen bekannt, die von zwei Leistungsindexwerten Gebrauch machen,
von denen jeder aus dem Unterschied zwischen Beleuchtungssignalen abgeleitet wird, die pro Bildelement erhalten
werden. Eine dieser Vorrichtungen hat ein erstes fotosensitives Element aus Kadmiumsulfid, das vor der Brennebene
des optischen Systems angeordnet ist, und ein zweites fotosensitives Element hinter der Brennebene, einen
ersten Analog/Digital-Wandler, der mit dem ersten fotosensitiven
Element verbunden ist, und einen zweiten Analog/ Digital-Wandler, der mit dem zweiten fotosensitiven Element
verbunden ist, um zwei digitale Leistungsindexwerte zu erhalten. In solch einer Vorrichtung werden auf jedem fotosensitiven
Element durch einen Ablenkspiegel sequentiell Bilder erzeugt, weshalb die Vorrichtung groß ist und
komplizierte Steuervorgänge erfordert.
Bei einer anderen bekannten Vorrichtung dieser Art werden die beiden Ausgangssignale der fotosensitiven Elemente
miteinander verglichen, während das optische System hin- und herbewegt wird. Es ist daher schwer, den fokussierten
03Ü019/OR85
2^43793
Zustand genau zu ermitteln. Außerdem kann diese Vorrichtung nur die Richtung der Abweichung vom fokussierten
Zustand, nicht jedoch quantitativ ihre Größe ermitteln, so daß die Vorrichtung schwer zu steuern ist und ein
geringes Ansprechvermögen hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie einegeringe
Größe und eine einfache Konstruktion hat, die Schärfeeinstellung eines optischen Systems genau feststellen kann
und in der Lage ist, das optische System automatisch und genau in den fokussierten Zustand zu bringen.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 und 2 beispielsweise erläutert. Es zeigt:
Figur 1 und 2 Blockschaltbilder zweier Ausführungsformen der Vorrichtung.
0 Γ, Ο 0 1 9 / Π R 8 5
2943733
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausfuhrungsform
der Vorrichtung zur Feststellung der Schärfeeinstellung eines optischen Systems. Bei dieser Ausführungsform wird
von einem Leistungsindex Gebrauch gemacht, der durch
2L[D(Xi+n) -D(Xi)-] gegeben ist, um ein optisches System
1, z.B. das Objektiv einer Kamera automatisch in den fokussierten Zustand zu bringen, wobei D(Xi) ein Beleuchtungssignal
eines fotosensitiven Elements i und D(Xi+n) ein Beleuchtungssignal eines fotosensitiven Elements i+n
darstellt, das von dem fotosensitiven Element i durch die Anzahl η von fotosensitiven Elementen (bzw. die Anzahl
von η Bildelementen) getrennt ist. Ein erster Bildsensor 2 ist vor der Brennebene des optischen Systems 1 angeordnet.
Der erste Bildsensor 2 besteht aus einem Ladungsübertragungselement wie einer ladungsgekoppelten Vorrichtung,
deren fotosensitive Teile pro Bildelement aufeinander ausgerichtet sind. Ein zweiter Bildsensor 3 ist
hinter der Brennebene des optischen Systems 1 angeordnet. Der zweite Bildsensor 3 besteht ebenfalls aus einer Ladungsübertragungsvorrichtung
wie einer ladungsgekoppelten Vorrichtung, deren fotosensitive Teile pro Bildelement
aufeinander ausgerichtet sind. Der erste und der zweite Bildsensor 2 und 3, die sich vor und hinter der Brennebene
des optischen Systems 1 befinden, sind relativ zueinander so angeordnet, daß der erste Wert des Leistungsindex, der
von dem ersten Bildsensor 2 abgegeben wird, mit dem zweiten Wert des Leistungsindex übereinstimmt, der von dem
zweiten Bildsensor 3 erzeugt wird, wenn das optische System 1 richtig fokussiert ist.
Die Ausgangssignal des ersten Bildsensors 2 werden in
analoger Form von einem ersten analogen Datenverarbeitungskreis 4 verarbeitet, der aus einem ersten Differentialverstärker
4, einem ersten n-Bildelemente-Verzögerungs glied 6, einem ersten analogen Vervielfacher 9 und einem
ersten Integrator 11 besteht. Die Ausgangssignal des
zweiten Bildsensors 3 werden in analoger Form von einem
030019/0885
zweiten analogen Datenverarbeitungskreis verarbeitet, der
aus einem zweiten Differentialverstärker 5, einem zweiten
n-Bildelemente-Verzögerungsglied 7, einem zweiten analogen
Vervielfacher 1O und einem zweiten Integrator 12 besteht.
Der Ausgang des ersten Bildsensors 2 ist hierzu direkt mit dem einen Eingang 41 des ersten Differentialverstärkers 4 und über das Verzögerungsglied 6 mit dem anderen
Eingang 4" des Differentialverstärkers 4 verbunden.
Das erste Verzögerungsglied 6 besteht aus einer ladungsgekoppelten Vorrichtung. Der Ausgang des zweiten Bildsensors 3 ist direkt mit dem einen Eingang 5* des zweiten
Differentialverstärkers 5 und über das zweite Verzögerungsglied 7 mit dem anderen Eingang 5" des Differentialverstärkers 5 verbunden.
Das zweite Verzögerungsglied 7 besteht aus einer ladungsgekoppelten Vorrichtung. Die Bildsensoren 2 und 3 und
die Verzögerungsgliede 6 und 7 werden vom Taktsignal eines
Steuerkreises 8 gesteuert. Der erste Bildsensor 2 und das erste Verzögerungsglied 6 liefern Beleuchtungssignale
D1(Xi) und D1(XI+n) an den negativen Eingang 4* bzw. den
positiven Eingang 4" des ersten Differentialverstärkers 4. Der zweite Bildsensor 3 und das zweite Verzögerungsglied
7 liefern Beleuchtungssignale D-(Xl) und D_(Xi+n) an den negativen Eingang 5* bzw. den positiven Eingang 5" des
zweiten Differentialverstärkers 5. Der Bildsensor 2 und das Verzögerungsglied 6 bzw. der Bildsensor 3 und das Verzögerungsglied 7 sind auf den gleichen Halbleiterchips
ausgebildet.
Der erste Differentialverstärker 4 erzeugt aus seinen Eingangsbeleuchtungssignalen D-(Xi) und D-iXi+1) ein
analoges Differentialsignal /O1(Xi+n)-D1(Xi)J . Das Differentialsignal wird dann dem ersten Analogverstärker 9
zugeführt. Der zweite Differentialverstärker 5 erzeugt aus seinen Eingangsbeleuchtungssignalen D2(Xi) und D2(Xi+n)
030019/0885
ein analoges Differentialsignal D2(Xi+n)-D3(Xi). Das Differentialsignal
wird dann dem zweiten analogen Vervielfacher 10 zugeführt. Der erste analoge Vervielfacher 9 dient dazu,
das Quadrat des Differentialsignals /D1(Xi+n)-D.(Xi)]
zu erhalten, das von dem ersten Differentialverstärker 4 abgegeben wird, d.h., [b.(Xi+n)-D:(Xi)J zu erhalten, das
dem ersten Integrator 11 zugeführt wird. Der zweite analoge Vervielfacher 10 dient dazu, das Quadrat des Differentialsignals
^b2(Xi+n)-D (Xi)J zu erhalten, das von dem zweiten
/O]
Differentialverstärker 5 abgegeben wird, d.h. /O2(Xi+n)-Dx(Xi)]
zu erhalten, das dann dem zweiten Integrator 12 zugeführt wird.
Der erste Integrator 11 integriert das Ausgangssignal /"D1 (Xi+n)-D (Xi)J , das von dem ersten analogen Vervielfacher
9 abgegeben wird, und erzeugt in analoger Form einen ersten Wert des Leistungsindex £ [ώ.(Xi+n)-D1(Xi)J ,
der dann dem einen Eingang 141 eines Servoverstärkers 14
zugeführt wird. Der zweite Integrator 12 integriert das Ausgangssignal /"D-(Xi+n)-D-(Xi)J , das von dem zweiten
analogen Vervielfacher 10 abgegeben wird, und erzeugt in analoger Form einen Wert des Leistungsindex ^^D2 (Xi+n)-D2
der dann dem anderen Eingang 14" des Servorverstärkers 14 zugeführt wird.
Wie der Bildsensor 2 und das Verzögerungsglied 6 und der Bildsensor 3 und das Verzögerungsglied 7 bestehen auch die
Integratoren 11 und 12 aus ladungsgekoppelten Vorrichtungen Das Integrationsintervall wird von einem Signal bestimmt,
das von einem Integrationsintervall-Signalgenerator 13 synchron mit dem Taktimpuls des Steuerkreises 8 abgegeben
wird. Das Integrationssignal des Signalgenerators 13 kann durch einen Fokussierbereich-Einstellkreis 17 beliebig
eingestellt werden.
Der Servoverstärker 14 erzeugt ein Differentialsignal
aus den beiden Eingangssignalen, das über einen Motor-
0 . !*: Π 1 9 / η Β Β 5
antriebskreis 15 einem Servomotor 16 zugeführt wird, der
in Abhängigkeit von der Polarität und Amplitude des Differentialsignals angetrieben wird. Der Servormotor T6
dient dazu, das optische System 1 in einer Richtung zu verschieben, in der die beiden Werte des Leistungsindex
miteinander in Obereinstimmung gebracht werden können und damit das optische System 1 fokussiert wird.
Die auf den Bildsensoren 2 und 3 erzeugten Bilder werden von den Taktsignalen des Steuerkreises 8 ohne Verwendung
eines Drehspiegels abgetastet. Das optische System kann daher in der Konstruktion einfach und kompakt sein. Außerdem
werden die Beleuchtungssignale jedes fotosensensitiven Elements in analoger Form verarbeitet, um einen Wert des
Leistungsindex zu erhalten, und daher kann auch der Datenverarbeitungskreis in der Konstruktion sehr einfach
sein.
Das Ausgangssignal des Servoverstärkers 14 ist analog und gibt direkt die Richtung und Größe zur Verschiebung
des optischen Systems 1 an, so daß die Verschiebung des optischen Systems 1 einfach und leicht steuerbar ist.
Der Bildsensor 2 und das Verzögerungsglied 6 sowie der Bildsensor 3 und das Verzögerungsglied 7 sind jeweils
auf dem gleichen Halbleiterchip angeordnet. Diese Vorrichtungen können daher einfach hergestellt werden.
Daher ist die Vorrichtung zur Feststellung der Schärfeeinstellung optischer Systeme insgesamt kompakt.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung,
bei der von einem Leistungsindex£)D(Xi+n)-D(XI)| Gebrauch
gemacht wird. Der Unterschied dieses Leistungsindex gegenüber dem in Fig. 1 erfordert den Absolutwert
bildende Kreise 19 und 20 anstelle der analogen Vervielfacher 9 und 1O in Fig. 1. Die übrigen Schaltungselemente
entsprechen denen in Fig. 1 und sind mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 versehen.
0 20019/η 885
Bei der Ausführungsform der Fig. 2 ist auch der Integrator 11 auf dem Halbleiterchip angeordnet, auf dem der
erste Bildsensor 2 und das erste Verzögerungsglied 6 angeordnet sind. Ebenso ist der Integrator 12 auf dem
gleichen Halbleiterchip ausgebildet, auf dem auch der zweite Bildsensor 3 und das zweite Verzögerungsglied 7
angeordnet sind.
Wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 hat auch die der Fig. 2 keine Spiegel zur Bildabtastung und erzeugt analoge
Signale. Die Vorrichtung ist daher einfach in der Konstruktion und kann einfach und leicht gesteuert werden.
Außerdem sind ein Bildsensor, ein Verzögerungsglied und ein Integrator, die einander entsprechen, auf dem gleichen
Halbleiterchip angeordnet, so daß die Vorrichtung insgesamt einfacher und leichter herstellbar ist.
Bei der Vorrichtung wird die Schärfeeinstellung von optischen Systemen durch Vergleich zwischen zwei analogen
Werten von Leistungsindizes festgestellt, die von zwei Bildsensoren abgegeben werden, die vor und hinter der
Brennebene des optischen Systems angeordnet sind, so daß die Vorrichtung die Schärfeeinstellung der optischen
Systeme bei einfacher und kompakter Konstruktion genau feststellen kann. Der Leistungsindex kann dabei von einer
beliebigen Anzahl von benachbarten Bildelementen abgeleitet werden.
Der Leistungsindex umfaßt z.B. die Summe der Absolutwerte, die Summe der quadratischen Werte und die Sm der Werte
der dritten Potenz der Differenz des (m-1)ten Grades, die von m benachbarten Bildelementen erhalten wird. Dies erfordert nur zusätzliche Differentialverstärker und ein
Verzögerungsglied. Anstelle der ladungsgekoppelten Vorrichtungen können auch Eimerkettenvorrichtungen verwendet
werden.
030019/0885
Auch kann ein Teil des so fotografierenden Bildes zur
Feststellung der Schärfeeinstellung des optischen Systems durch Begrenzung des Integrationsintervalls mittels des
Fokussierbereich-Einstellkreises 17 verwendet werden. Das optische System kann durch Verwendung eines Komparators
anstelle eines Servoverstärkers 14 von Hand eingestellt
werden, und das vom Komparator gelieferte Signal kann auf einem Anzeigegerät angezeigt werden. Die das
Auftreten eines nicht fokussierten Zustandes angebende Information kann von einer Lampe oder einem Summer angezeigt
werden. Die vor und hinter der Brennebene erzeugten Bilder können über optische Faserlichtleiter zu einer
gewünschten Stelle übertragen und der erste und zweite Bildsensor können an der so bestimmten Stelle angeordnet
werden.
Es ist daher möglich, alle Bildsensoren 2 und 3, Verzögerungsglieder
6 und 7 und Integratoren 11 und 12 auf dem gleichen Halbleiterchip anzuordnen.
Die Bildsensoren 2 und 3 müssen von der Brennebene nicht den gleichen Abstand haben; es ist nur notwendig, sie so
einzustellen, daß die beiden Werte der Leistungsindices in fokussierten Zustand einander gleich sind.
030019/0885
'β-
Leerseite
Claims (8)
1. Vorrichtung zur Feststellung der Schärfeeinstellung eines
optischen Systems wie eines Abbildungsobjektivs durch Verwendung zweier Werte von Leistungsindices, von denen
jeder aus den Unterschieden zwischen Beleuchtungssignalen abgeleitet ist, die pro Bildelement erhalten werden,
gekennzeichnet durch einen ersten Bildsensor (2) vor der Brennebene des optischen Systems (1),
der ein erstes, darauf erzeugtes Bild empfängt, und aus Ladungsübertragungseinrichtungen besteht, deren
fotosensitive Elemente pro Bildelement aufeinander ausgerichtet sind, einen zweiten Bildsensor (3) hinter
der Brennebene des optischen Systems (1), der ein zweites, darauf erzeugtes Bild empfängt und aus Ladungsübertragungseinrichtungen
besteht, deren fotosensitive Elemente pro Bildelement aufeinander ausgerichtet sind,
einen ersten analogen Datenverarbeitungskreis, der einen ersten Wert des Leistungsindex aus dem ersten Bild auf
dem ersten Bildsensor erzeugt, einen zweiten analogen
0 3 ο η 1 q / η R 8 5
t Datenverarbeitungskreis, der einen zweiten Wert des
Leistungsindex aus dem zweiten Bild auf dem zweiten Bildsensor erzeugt, einen Komparator (4, 8) zum Vergleich
des ersten und zweiten Leistungsindexwertes und zur Erzeugung eines analogen Differenzsignals zwischen
dem ersten und zweiten Leistungsindexwert, und eine Einrichtung (14) zur Feststellung der Richtung und
Größe der Abweichung des optischen Systems von seinem fokussierten Zustand mittels der Polarität und Größe
des analogen Differenzsignals des !Comparators.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß jeder Datenverarbeitungskreis
einen Differentialverstärker (^.5), ein n-Bildelemente-Verzögerungsglied
(6, 7) und einen analogen Vervielfacher (11, 12) aufweist und den Leistungsindex .
£{b(Xi+n) -D(Xi)J 2 bestimmt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Datenverarbeitungskreis
einen Differentialverstärker (4, 5), ein n-Bildelemente-Verzögerungsglied
(6, 7), einen Absolutwertkreis (19, 20) und einen Integrator (11, 12) aufweist und
den Leistungsindexjf /D(Xi+n) -D(Xi)/ bestimmt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein Bildsensor und
ein entsprechendes Verzögerungsglied auf dem gleichen Halbleiterchip gebildet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der entsprechende Integrator
auf dem gleichen Halbleiterchip gebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei optische Lichtfaserleiter
η . ■"■ π 1 q / η
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zur übertragung der vor und hinter der Brennebene des
optischen Systems erzeugten Bilder zu einer bestimmten Stelle vorgesehen sind, und daß alle Bildsensoren,
Verzögerungsglieder und Intergratoren auf dem gleichen Halbleiterchip gebildet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsübertragungseinrichtung
eine ladungsgekoppelte Einrichtung ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsübertragungeinrichtung
eine Eimerketteneinrichtung ist.
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