DE3044416A1

DE3044416A1 - Fokussiersystem

Info

Publication number: DE3044416A1
Application number: DE19803044416
Authority: DE
Inventors: Dennis J. Littleton Col. Wilwerding
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1979-11-30
Filing date: 1980-11-26
Publication date: 1981-06-19
Also published as: US4250377A; DE3044416C2; JPS5688121A; JPS648804B2

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein selbsstätig scharf einstellendes System gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.
In der älteren Anmeldung P30 38 712.3 ^{ist ein} billiges, selbsttätig scharf einstellendes System dargestellt und beschrieben, bei welchem lediglich zwei Detektorpaare hinter einer Hilfslinse und einem Paar von Elementarlinsen angeordnet sind,um 4 Signale a* , b₁ , a„ und b2 zu erzeugen. Diese

4 Signale werden einem Schaltkreis zugeführt, der ein Ausgangssignal V erzeugt, welches gemäß folgender Gleichung gebildet wird: V = I log a.j/b₂ | - | log sl₂/d^ \

In dieser älteren Anmeldung wurde gezeigt, daß das Ausgangssignal V normalerweise zwischen einem der Unendlichstellung zugeordneten positiven Wert und einem der Nahstellung zugeordneten negativen Wert variiert. Die richtige Scharfeinstellung wird an der Stelle erreicht, wo die Ausgangsspannung den Wert 0 durchläuft. Zwischen der HiIfslinse und der Objektivlinse einer Kamera ist eine geeignete Kopplung vorgesehen, sodaß mit einer
geeigneten Detektoreinrichtung und Antriebseinrichtung die Objektivlinse automatisch in die Scharfeinstellung bezüglich der Filmebene der Kamera bewegt werden kann.

Bezüglich der meisten Aufnahmen besitzen die aufgenommenen
Szenen einen hinreichenden Kontrast und das Ausgangssignal V
weist bei Einstellung der Linse im Unendlichen ein hinreichend großes positives Signal und bei Einstellung der Linse auf den
Nahbereich ein hinreichend großes negatives Signal auf. In dem der Scharfeinstellung entsprechenden Nulldurchgang besitzt die Kurve bei ausreichendem Kontrast der aufzunehmenden Szene eine ausgeprägte Neigung. Somit ist bei den meisten Szenen die Feststellung des Nulldurchganges leicht möglich und die Scharfeinstellung kann in befriedigender Weise ermittelt werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei einem sehr geringen Kontrast die Größe des Ausgangssignales V so klein sein kann, daß durch Veränderungen der Parameter des Systems, wie beispielsweise

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durch ungleiche Detektoren Nulldurchgänge an Stellen auftreten
können, die der Scharfeinstellung nicht zugeordnet sind. Dies
birgt die Gefahr in sich, daß das System die Objektivlinse in
einer belieoigen Stellung,einschließlich der Nahstellung festhalten kann, was zu einer unbefriedigenden Fokussierung führen
kann.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein selbsttätig scharf einstellendes System dahingehend zu verbessern,
daß auch bei geringem Kontrast der aufzunehmenden Szene die Gefahr der Aufnahme unscharfer Bilder vermindert wird. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind den ünteransprüchen entnehmbar.

An Hand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei im Folgenden die Erfindung
näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Ein Schaltungsdiagramm des erfindungsgemäßen
elektronischen Schaltkreises;

Fig. 2 den Verlauf des Ausgangssignales bei einer Linsenverschiebung und einem normalen Kontrast der aufzunehmenden Szene;

Fig. 3 den Verlauf des Ausgangssignales bei einer Linsenverschiebung und geringem Kontrast;

Fig. 4 den Verlauf des Ausgaagssignales bei einer Linsenverschiebung und geringem Kontrast, wobei
erfindungsgemäß der Schaltkreis durch eine
Spannung vorgespannt wirdj und

Fig. 5 den Verlauf dos Ansgeagssignales bei einer Lin-

senverschiebung und normalem Kontrast, wobei der Schaltkreis erf indungsgemäß vorgespannt wird.

Gemäß Figur 1 sind Detektoren 12a, 12b,14a und 14b in Form von Kästcnen dargestellt, die Ausgangssignale ^ai ' ^1 ' a₂ und b₂ liefern. Die Detektoren 12a, 12b, 14a und 14b sind vorzugsweise Fotodioden, deren Ausgangssignale durch den Betrag der empfangenen Strahlung vorgegeben sind. Das aus den Detektoren 12a und 12b bestehende Detektorpaar ist hinter einer ersten Elementarlinse angeordnet, die ein Bild der Austrittspupille der Fokussierlinse erzeugt, wie dies durch einen die beiden Detektoren umgebenden Kreis 20 angedeutet ist. In gleicher Weise sind die Detektoren 14a und 14b hinter einer Elementarlinse angeordnet, die ein Bild der Austrittspupille der Fokussierlinse erzeugt, was durch einen Kreis 22 veranschaulicht ist. In einem geeigneten Zustand der Scharfeinstellung belichten die Bilder 20 und 22 beide Detektoren 12a und 12b sowie beide Detektoren 14a und 14 b gleichstark. In einem Zustand fehlender Scharfeinstellung verändern sich die Bilder 20 und in einer Weise, die von der Richtung abhängt, in der das scharf abzubildende Objekt aus der geeigneten Fokussierstellung herausbewegt worden ist. de Detektoren in jedem Detektorpaar empfangen hierbei unterschiedliche Strahlungsbetrage.

Das Ausgangssignal a^ des Detektors 12a wird über eine Leitung 30 einem Schaltungspunkt 32 zugeführt. Der Schaltungspunkt 32 ist mit einem Anschluß einer logarithmierenden Diode 34 verbunden, welche mit ihrem anderen Anschluß über eine Lei= tung 36 an eine positive Spannungsquelle 38 angeschlossen isto Der Zweck der logartthmierenden Diode 34 liegt darin, das am Schaltungspunkt 32 auftretende Signal in ein logarithmiertes Signal umzuwandeln. Die Signalgröße im Schaltungspunkt 32 ist somit durch log a^ vorgegeben.

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In gleicher Weise sind die Detektoren 12b, 14a und 14b über Leitungen 40,50 und 60 an Schaltpunkte 42,52 und 62 angeschlossen. Die Schaltungspunkte 42,52 und 62 sind mit dem einen Anschluß von logarithmierenden Dioden 44,54 und 64 verbunden, wobei der jeweils andere Anschluß dieser Dioden über die Leitung 36 an die positive Spannungsquelle 38 angeschlossen ist. Durch die logarithmierenden Dioden 34,54 und 64 werden die Signale in den Schaltungspunkten 42,52 und 62 in entsprechende Werte log b₁, log a₂ und log b₂ umgewandelt.

Das Signal log a₁ im Schaltungspunkt 32 ist über eine Leitung 70 an den positiven Eingang eines Differenzverstärkers 72 angeschlossen, während das Signal b2 im Schaltungspunkt 62 über eine Leitung 74 an den negativen Eingang des Differenzverstärkers 72 angeschlossen ist. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 7 2 tritt auf einer Leitung 76 auf und entspricht dem Wert log a.. - log b₂·

In gleicher Weise ist das Signal log b.. im Schaltungspunkt 42 über eine Leitung 80 an den negativen Eingang eines Differenzvertärkers 82 geführt. Das Signal log a₂ im Schaltungspunkt ist über eine Leitung 84 an den positiven Eingang des Differenzverstärkers 82 angeschlossen. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 82 tritt auf einer Leitung 86 auf und entspricht daher dem Wert log a- - log b..

Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 72 auf der Leitung 76 wird einem absolutwertbildenden Schaltkreis 90 zugeführt, dessen Ausgangssignal auf einer Leitung 92 über einen Widerstand 94 einem Schaltungspunkt 96 zugeführt wird. Das im Schaltungspunkt 96 auftretende Signal ist somit durch den Wert log a^/b- gegeben.

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In gleicher Weise wird das Ausgangssignal des Differenzverstärker 82 auf der Leitung 86 einem absolut^wertbildenden Schaltkreis 100 zugeführt, dessen Ausgangssignal auf einer Leitung 102 über einen Widerstand 104 einem Schaltungspunkt 106 zugeführt wird. Das im Schaltungspunkt auftretende Signal ist durch den Wert j log a₂ - log b-j | oder vereinfacht

durch den Wert |iog a₂/b-] | vorgegeben.

Die Schaltungspunkte 96 und 106 sind über Leitungen 110 und 112 mit den entsprechenden Eingängen eines Differenzverstärkers 114 verbunden, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 116 einem Schaltungspunkt 118 zugeführt wird. Der Schaltungspunkt 118 ist mit dem Schaltungspunkt 106 über einen Widerstand 120 verbunden, während der Schaltungspunkt 96 über einen Widerstand 122 an Masse angeschlossen ist. Der negative Eingang des Differenzverstärkers 114 ist ferner über einen Widerstand 124 und eine Leitung 126 an das positive Potential der Anschlußklemme 38 angeschlossen. Das Potential der Anschlußklemme 38 erzeugt über den Widerstand 124 am negativen Eingang des Differenzverstärkers 114 eine Vorspannung, wodurch der Schaltkreis in der Lage ist, die bei einem geringen Kontrast auftretenden Probleme zu verhindern. Der Differenzverstärker 114 dient der Subtraktion der Signale in den Schaltungspunkten 96 und 106, sodaß das in dem Schaltungspunkt 118 auftretende Signal durch den Wert I log a-|/b2 | - |log a₂/bi | - V₂ vorgegeben ist, wobei V₂ dem

über den Widerstand 124 angelegten Vorspannungssignal entspricht. Es sei darauf verwiesen, daß diese Gleichung die für das selbsttätig scharf einstellende System verwendete und gewünschte Funktion darstellt. Das Signal im Schaltungspunkt 118 wird über eine Leitung 130 einem Leistungsverstärker 132 zugeführt, dessen Ausgangssignal auf einer Leitung 134 über eine Spule 136 an Masse gelegt ist. Mit Ausnahme des über den Widerstand 124 von der Anschlußklemme 38 angelegten zusätzlichen positiven Potentiale«

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entspricht der vorstehend beschriebene Schaltkreis dem in der Eingangs erwähnten älteren Anmeldung dargestellten Schaltkreis.

Gemäß Figur 2 ist das im Schaltungspunkt 118 auftretende Signal über der Stellung der Hilfslinse der Kamera aufgetragen, wenn diese aus der ünendlichstellung in die Nahstellung von links nach rechts bewegt wird. Die Ausgangsspannung im Schaltungspunkt 118 ist in Figur 2 durch eine Kurve 160 veranschaulicht, die mit einem positiven Wert auf der linken Seite beginnt, die Nullachse im Punkt 162 im mittleren Kurvenbereich schneidet und sich nach rechts mit einem negativen Wert erstreckt. Kurve 160 in Figur 2 stellt die Kurve dar, die bei dem Schaltkreis gemäß der älteren Anmeldung vorliegen würde, bei welchem die zusätzliche Spannung an der Anschlußklemme 38 nicht über den Widerstand 124 zugeführt wird. Hierbei wird in Figur 2 ein normaler Kontrast der betrachteten Szene angenommen. Zu beiden

sind
Seiten der Kurve 160 in Figur 2 gestrichelte Linien 164 und 166 dargestellt. Die Linien 164 und 166 veranschaulichen die mögliche Variation, die in dem Ausgangssignal auf Grund von Veränderungen der Schaltkreisparameter in Figur 1 auftreten können. Wenn beispielsweise geringe Fehlanpassungen hinsichtlich der Detektoren 12a, 12b, 14a und 14b vorliegen oder wenn andere Schaltkreiselemante, wie beispielsweise die absolutwertbildenden Schaltkreise 100 und 90 geringfügig unterschiedlich arbeiten, so kann das am Schaltungspunkt 118 auftretende Signal einen Fehler in positiver Richtung bzw. in negativer Richtung aufweisen, wobei der maximale Fehler durch die gestrichelten Linien 164 und 166 angedeutet ist. Die Kurve 160 stellt somit keine genaue Kurve dar und kann in Abhängigkeit von der Charakteristik der elektronischen Komponenten des Systems zwischen den Linien 164 und 166 schwanken. Der Abstand zwischen den Kurven 164 und 166 ist leicht errechenbar wenn die Schaltkreisparameter bekannt sind.

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Bei einem normalen Kontrast innerhalb der aufzunehmenden Szene verursacht die geringfügige Veränderung der Kurve 160 keine Schwierigkeiten, da der Nulldurchgang unabhängig von der Veränderung der Schaltkreisparameter dicht bei-dem Punkt 162 liegen wird. Bei geringem Kontrast kann jedoch die Veränderung zwischen den Kurven 164 und 166 zu ernsthaften Schwierigkeiten führen. Beispielsweise ist in Figur 3 der Verlauf des Ausgangssignales durch eine Kurve 160 erneut dargestellt, wobei jedoch auf Grund des geringen Kontrastes der aufzunehmenden Szene die Signalgröße sowohl bei einer Verschiebung der Hilfslinse in die Unendlichstellung als auch in die Nahstellung sehr gering ist. Die aus den Linien 164 und 166 bestehende Einhüllung entsprechend der Fehlertoleranzen ist erneut dargestellt, wobeidies jedoch zur besseren Veranschaulichung in Figur 3 übertrieben wurde. Wie man leicht erkennt, erstreckt sich die Einhüllende in den negativen Bereich in der linken Hälfte mit der Linie 166 und in den positiven Bereich in der rechten Hälfte mit der Linie 164. Wenn daher eine Szene mit geringem Kontrast angetroffen wird, so kann das im Schaltungspunkt 118 in Figur 1 auftretende tatsächliche Signal so variieren, daß es an irgendeinem Punkt entlang der Nullachse diese schneidet,woraufhin das Syätem die Objektivlinse der Kamera in einer falschen Stellung anhalten kann. Dies ist besonders schwerwiegend,wenn der Nulldurchgang bzw. die falsche Fokusstellung im Nahbereich auftritt, da dann die Objektivlinse auf ein nahes Objekt fokussiert ist und bei einem in Wirklichkeit weiter entfernten Objekt vollständig unscharf abbildet. Wenn die tatsächliche Scharfeinstellung nicht genau festgestellt werden kann, so ist es wünschenswert, daß das System wie eine · Kastenkamera arbeitet, die im Unendlichen, bzw. auf eine hyperfokale Entfernung scharf eingestellt ist.

Um dieses Problem zu vermeiden, wird das Vorspannungssignal von der Spannungsquelle 38 über die Leitung 126. und den Widerstand

zur". 124 dem Schaltkreis zugeführt. Dies führt Addition eines nega-

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tiven Signales zu dem Ausgangssignal im Schaltumspunkti 18, wodurch gegenüber Figur 3 die Nullachse angehoben, bzw. die Kurve 160 abgesenkt wird. Dies ist in Figur 4 dargestellt, in welcher die Kurve 160 für den geringen Kontrast gemäß Figur 3 in einer abgesenkten Lage in Bezug auf die Nullachse dargestellt ist, wobei der Verschiebebetrag etwa dem Abstand zwischen den Kurven 164 und 166 in Figur 3 entspricht. Hierdurch liegt nunmehr die Kurve 164 vollständig unterhalb der Nullachse auch auf der linken, der Unendlichstellung entsprechenden Hälfte des Diagrammes, sodaß beim Betriebsbeginn des Systems und bei einem geringen Kontrast sofort eine negative Spannung im Schaltungspunkt 118 auftritt und die Spule 136 in Figur 1 die Bewegung der Objektivlinse der Kamera im Unendlichen, bzw. in der hyperfokalen Stellung anhält bzw. überhauptnicht freigibt. Da die in der Schaltung gemäß Figur 1 veränderlichen Systemparameter durch die einhüllenden Kurven 164 und 166 berücksichtigt sind,kann bei geringem Kontrast kein Signal die Nullachse schneider, und es tritt kein falscher Nulldurchgang auf. Die Kamera arbeitet daher wie eine Kastenkamera, die in der gewünschten hyperfokalen Stellung bzw. in der Unendlichstellung fokussiert.

Figur 5 zeigt die Kurve 160 bei normalem Kontrast wie in Figur 2 und eine zweite Kurve 190 parallel aber in Bezug auf die Kurve 160 nach unten verschoben. Die Kurve 190 veranschaulicht die Arbeitsweise des Systems bei einem normalen Kontrast und bei vorhandener erfindungsgemäßer Vorspannung. Es ist erkennbar, daß bei angelegter Vorpannung die Kurve 160 gemäß Figur 1 nunmehr nach unten in die Position der Kurve 190 verschoben ist, wobei der Verschiebebetrag durch das Vorspannungssignal vorgegeben ist. Dies hat zur Auswirkung,daß der Schnittpunkt 162 gegenüber Figur 2 leicht nach links verschoben ist, sodaß ein neuer Nulldurchgang in dem Punkt 192 auftritt. Das System nimmt daher eine Scharfeinstellung im Punkt 192 vor, der nicht der exakten Scharfeinstellung entspricht, wobei es sich aber herausgestellt hat, daß der Abstand zwischen den Punkten 162 und 192

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- 12 so klein ist, daß der Fokussierfehler ohne Bedeutung bleibt.

Bestimmte Abwandlungen der vorstehend beschriebenen Schaltung liegen dem Fachmann auf der Hand. So kann beispielsweise das gleiche Ziel erreicht werden,indem der Leistungsverstärker mit einem Schwellwertverhalten ausgestattet wird, sodaß er die Verschiebung der Hilfslinse und somit auch der Objektivlinse aus der Unendlichstellung nur freigibt, wenn das positive Signal einen bestimmten Pegel auf Grund eines ausreichenden Kontrastes überschreitet. Ferner wäre es auch möglich,die Linsenanordnung aus der Nahstellung in die Unendlichstellung zu bewegen und in der letzteren Stellung festzuhalten^falls unterwegs auf Grund eines zu geringen Kontrastes keine Fokussierstellung festgestellt werden kann.

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Claims

HONEYWELL INC. 2 5), P'"-', Honeywell Plaza 1008238 Ge Minneapolis, Minn. USA Hz/Vwg. Fokussiersystem Patientansprüche:

1. Selbsttätig scharf einstellendes System, insbesondere für Kameras, mit einem die Signale von Detektoren zu einem Ausgangssignal verarbeitenden Schaltkreis, und mit einer Linse, die zwischen einer ersten Extremstellung und einer zweiten Lxtremstellung verschiebbar ist und in Abhängigkeit von der Größe des Ausgangssignales in einer dazwischen liegenden fokussierenden Stellung arretierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem unter einem vorbestimmten Mindestwert liegenden Ausgangssignal auf Grund eines geringen Kontrastes der durch die Detektoren abgetasteten Szene die Linse in der ersten Extremstellung festgehalten wird.

2. System nach Anspruch 1, wobei die Größe des Ausgangssignales mit der Stellung der zwischen der ersten und zweiten Extremstellung beweglichen Linse variiert und normalerweise eine erste, zweite und dritte Charakteristik in Abhängigkeit da von aufweist, ob sich die Linse in der ersten oder zweiten Extremstellung oder einer dritten dazwischenliegenden fokus- sierenden Stellung befindet und wobei die Größe des Ausgangssignales bei geringem Kontrast der Szene abnimmt, sodaß sich die erste und zweit« Charakteristik der dritten Charakteris tik annähern und die dritte Charakteristik in einer anderen als der fokulierenden Stellung auftreten kann, gekennzeich·* n«t durch «ine an den Schaltkreis angeschlossene Vorspannung!

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NSP

quelle zur Veränderung des Ausgangssignales um einen vorbestimmten Betrag von der ersten Charakteristik in Richtung auf die zweite Charakteristik, sodaß bei geringem Kontrast der Szene das Ausgangssignal die zweite Charakteristik aufweist, wenn sich die Linse in der ersten Extremstellung befindet.

3. System nach Anspruch.2,dadurch gekennzeichnet, daß die erste Charakteristik einem positiven Wert, die zweite Charakteristik einem negativen Wert und die dritte Charakteristik dem Wert null entspricht.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Extremstellung der Unendlichstellung und die zweite Extremstellung der Nahstellung der Linse entspricht.

5. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erete Extremstellung der HyperfokusStellung und die zweite Extremstellung der Nahstellung entspricht.

6. System nach Anspruch 1 _g wobei die Linse aus einer ersten Stellung, in der ein weit entferntes Objekt scharf abgebildet wird, in eine zweite Stellung beweglich ist,in der ein nahes Objekt scharf abgebildet wird,wobei die Größe des Ausgangssignales mit den Schaltkreisparametern, dem Kontrast der aufzunehmenden Szene und mit der Linsenstellung variiert und dieses eine erste Größe aufweist, wenn die Linse das aufzunehmende Objekt fokussiert,wobei bei normalem Kontrast das Ausgangssignal einen bedeutend größeren Wert aufweist, wenn die Linse in Richtung auf die erste Stellung verschoben wird, und einen bedeutend.geringeren Wert aufweist, wenn die Linse

in Richtung auf die zweite Stellung verschoben wird, und wobei bei geringem Kontrast das Ausgangssignal in allen Stel-~

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lungen der Linse einen Wert in der Nähe der ersten Größe aufweist, mit Mitteln, um die Linse aus der ersten in die zweite Stellung zu verschieben, und mit einer beweglichen Einrichtung, um in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal die Linsenbewegung anzuhalten, wenn das Ausgangssignal nicht die erste Größe übersteigt, gekennzeichnet durch eine an den Schaltkreis angeschlossene Vorspannungsquelle zur Verminderrung der Größe des Ausgangssignales um einen vorbestimmten Betrag, sodaß bei geringem Kontrast der Wert des Ausgangssignales nicht größer als die erste Größe ist, bei der sich die Linse in der ersten Stellung befindet, sodaß die bewegliche Einrichtung die Linse wenigstens in der Nähe der ersten Stellung festhält.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Größe dem Wert O entspricht.

8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Einrichtung bei geringem Kontrast die Linse in der hyperfokusstellung anhält.

9. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Betrag wenigstens so groß wie die Signaländerung ist, die in dem Ausgangssignal auf Grund der Veränderungen der Schaltkreisparameter hervorgerufen werden.

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