DE3122027C2 - Autofokussiereinrichtung für Objektive - Google Patents

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren dient dazu, die durch Luftdruckänderungen bzw. Temperaturänderungen bei Objektiven für hochauflösende Luftbildaufnahmesysteme verursachte Verlagerung der Schärfenebene (9) zu ermitteln, die dann über eine Verstellbewegung eines Linsengliedes (2a) ausgeregelt werden kann. Dazu wird zwischen den Belichtungsvorgängen ein im Objektiv angeordnetes Gitter (7) angeblitzt und in Autokollimation über eine teilverspiegelte Fläche (1) an der Frontseite des Objektivs auf einen in der Filmebene angeordneten Detektor (5) abgebildet. Dieser besteht aus einem gegen die Filmebene (4) geneigten, ca. 2000 Elemente umfassenden Detektorarray. Das Ausgangssignal des Detektors ist mit der Periodizität des Gitters (7) moduliert, wobei das Maximum der Modulationsamplitude den Schnittpunkt des Detektorarrays (5) mit der Schärfenebene (9) bestimmt. Seine Ablage von der Mittenposition dient zum mikroprozessorgesteuerten Feinabgleich des verstellbaren Linsengliedes (2a).

Description

Funktion vom Kontrast des beobachteten Objekts abhängt, ist für Luftbildkammern nicht geeignet, da Kontrastunterschiede in dem beobachteten Geländeabschnitt zu einer Fehlfunktion der Autofokussiervorrichtung führen.

Ausgehend von einer Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Arbeitsgeschwindigkeit der Einrichtung zu erhöhen und den apparativen Aufwand zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch eine Ausbildung gemäß den Merkmalen im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst

Durch die mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erzielbare hohe Arbeitsgeschwindigkeit ist es möglich, die Lage der Schärfenebene auch während einer Aufnahmesequenz genau zu ermitteln. So ist die Zeit, während der z. B. der in der Aufnahmekammer in der Regel verwendete Schlitzverschluß die Filmebene zwischen den Belichtungsvorgängen abdeckt, dafür m~hr als ausreichend.

Die Einrichtung arbeitet außerdem ohne bewegte Teile und ist daher nicht nur preiswerter zu fertigen, sondern kann auch kompakter gebaut werden und unterliegt keinem Verschleiß.

Die Genauigkeit der Bestimmung der Schärfenebene hängt bei vorgegebener Anzahl und Größe der Einzeldetektoren von der Neigung der Sensorzeile bzw. der HilfsStruktur (Gitter) gegen die optische Achse des Autokollimationsstrahlenganges ab, die möglichst klein gewählt werden soll. Andererseits ist der Arbeitsbereich dem Sinus des Neigungswinkels direkt proportional. Um eine ausreichende Genauigkeit über einen möglichst großen Arbeitsbereich, wie er beispielsweise zur Scharfeinstellung von Luftbildkammern gefordert wird, sicherzustellen, ist es nun vorteilhaft, größere Ablagen der Schärfenebene erst einmal grob durch Verstellen eines Linsengliedes auszuregeln, dessen Verstellung sich aus den gemessenen Werten z. B. des Luftdrucks nach einer vorbestimmten Funktion ergibt. Die Feineinstellung erfolgt dann anschließend, nachdem die genaue Lage der dann im Arbeitsbereich der Sensorzeile liegenden Schärfenebene durch Auswertung der Signale des Sensors bestimmt worden ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der F i g. 1 —4 der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Prinzipskizze der erfindur.gsgemäßen Einrichtung einschließlich des Regelkreises der Autofokussiereinrichtung;

F i g. 2 skizziert die Anordnung der Sensorzeile aus Fig. 1,

Fig.3 skizziert typische Ausgangssignalfolgen der Sensorzeile wobei

F i g. 3a das Nutzsignal bei voller Auflösung der Hilfsstruktur,

F i g. 3b ein Bezugssignal, mit dem das Nutzsignal verglichen wird,

Fig.3c ein Beispiel für die Empfindlichkeitsverteilung der Detektorelemente,

Fig.3d ein Beispiel für das vom Aufnahmeobjekt verursachte Störsignal darstellen,

F i g. 4 stellt eine modifizierte Ausführungsform der in Fig. 1 skizzierten Einrichtung dar.

Wie F i g. 1 zeigt, besteht das Aufnahmeobjektiv, dessen, exakte Fokuslage ermittelt werden soll, aus zwei Linsen 2a und 2b, vor denen ein Spektralfilter 3 angeordnet ist Die Innenseite des Filters 3 ist teilverspiegelt Die Spiegelschicht 1 ist so ausgelegt, daß der größte Teil (wenigstens 90%) des von der abzubildenden Szene, d. h. aus dem Gegenstandsraum 15 kommenden Lichts transmittiert wird.

In der Filmebene 4 sind ein Strichgitter 7 und eine Sensorzeile 5 angeordnet, welches ein handelsübliches Fotodiodenarray oder Charge Coupled Device (CCD)-Array sein kann, das aus einer / neinanderreihung von typischerweise 2048 photoempfindlichen Einzelelementen besteht. Eine Blitzlampe 8 dient zur Beleuchtung des Gitters 7.

Die Spiegelschicht 1 und die Objektivoptik 2 bilden einen Autokollimationsstrahlengang, über den das Gitter 7 auf die Sensorzeile 5 abgebildet wird. Da der Detektor 5 einen Neigungswinkel « mit der Filmebene einschließt, wird auf ihm nur ein Teil des Gitters 7 scharf, d. h. mit gutem Kontrast abgebildet, in den Randbereichen geht der Kontrast stark zurück, um so mehr, je näher die Gitterkonstante des Gitter 7 an der Aufiösungsgrenze des Objektivs liegt Das von den η Elementen der Sensorzeile abgegebene Signal 10 hat also etwa die in Fig.3a skizzierte Form, wobei der Punkt maximaler Modulationsamplitude die Lage der Schärfenebene 9 bestimmt, die wie in F i g. 2 dargestellt ist, von der Filmebene 4 abweicht

Das von der Ansteuerelektronik 13 dem Array 5 entnommene Signal wird einem Mikroprozessor 14 zugeführt, der das Signal bestmöglich in eine typische Ortsfrequenzmodulationsfunktion repräsentierende Hüllkurve 11 einpaßt und die Lage ihres Schwerpunktes 12 bestimmt (F i g. 3b). Aus der Ablage dieses Punktes von der Mitte η der Sensorzeile werden dann die Feinverstelldaten für den Antrieb 16 des Linsengliedes 2a berechnet, mit dessen Hilfe die Schärfenebene 9 in die Filmebene 4 zurückgeführt wird.

Der Mikroprozessor 14 steuert außerdem die Zündung der Blitzlampe 8 über deren Steuerelektronik 17, und zwar synchron mit dem nicht dargestellten Fiim-

transport in den Aufnahmepausen, so daß kein Überstrahlen des vom Objektraum 15 aufgenommenen Bildes auftritt. Außerdem steuert er die Grobeinstellung des Linsengliedes 2a, indem er die Werte für den Luftdruck und die Temperatur im Objektiv, die mit Hilfe der Sensoren P und T gemessen werden, gemäß einer vorher empirisch bestimmten, einprogrammierten Funktion in Verstelldaten für den Antrieb 16 umrechnet.

Der Mikroprozessor 14 hat weiterhin die Aufgabe, das Nutzsignal 10 entsprechend der Empfindlichkeit der Einzelelemente zu korrigieren, was durch Division durch eine bei homogener Beleuchtung der Sensorzeile 5 gewonnenen Signalfolge 18 geschieht (F i g. 3c).

Störsignale, die durch das aus dem Objektraum 15 kommende, auf den Sensor auffallende Licht verursacht werden, können unterdrückt werden, indem eine kurz vor dem Zünden des Blitzlichts 8 gewonnene Signalfolge 19 von dem Nutzsignal 10 subtrahiert wird (F i g. 3d). Fig.4 zeigt eine etwas abgewandelte Ausffihrungsform der in F i g. 1 skizzierten Einrichtung. Das dargestellte Objektiv 112 besitzt zwei Linsenglieder 102,103, von denen das vorderste eine Planfläche aufweist, die mit einer Schicht 101 teilverspiegelt ist. Der Autokollimationsstrahlengang enthält zwei Umlenkspiegel 110, 111 die so angeordnet sind, daß der für die Aufnahme genutzte Bereich der Filmebene 104 nicht abgedeckt ist. Weiterhin ist eine Zusatzoptik 106 vorgesehen, über die das Gitter 107 vergrößert auf den in der Ebene 104' angeordneten Sensor 105 abgebildet wird, um die Ab-

messungen seiner Elemente an die Gitterkonstante des Gitters 107 anzupassen, die an der Auflösungsgrenze des Objektivs 112 liegt.

Das Linsenglied 102 ist zur Einstellung unterschiedlicher Aufnahmeentfernungen längs der optischen Achse verschiebbar. Um den Autokollimationsstrahlengang an die eingestellte Aufnahmeentfernung anpassen zu können ist auch das aus Gitter 107 und Blitzlampe 108 bestehende Bauteil 114 verschiebbar am Gehäuse befestigt. ίο

Wenn das Objektiv 112 also abweichend von dem in Fig. 1 dargestellten Fall der Gegenstandsweite «> auf endliche Aufnahmeentfernung ausgezogen wird, ist das Bauteil 114 in der durch den Pfeil 113 angedeuteten Richtung zu verschieben, was durch eine (nicht dargestellte) Zwangskopplung der beiden Einstellmechaniken erreicht werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (9)

1 2 lung der umweltbedingten Abweichung der Lage der Patentansprüche: Schärfenebene von ihrer Sollage bei einem Luftbild-Aufnahmeobjektiv mit voreingestellter Aufnahmeent-

1. Einrichtung zur Ermittlung der umweltbeding- fernung durch Autokollimation eine? im Objektiv angeten Abweichung der Lage der Schärfenebene von 5 ordneten HilfsStruktur auf einen in der Filraebene angeihrer Sollage bei einem Luftbildaufnahmeobjektiv ordneten Detektor sowie deren Verwendung zur automit voreingestellter Aufnahmeentfernung durch Au- matischen Scharfeinstellung des Objektivs,
tokollimation einer im Objektiv angeordneten Hilfs- Bei längerbrennweitigen Objektiven in Luftbildkamstruktur auf einen in der Filmebene bzw. einer dazu mern wirken sich die Einflüsse von Urnweltparametern korrelierten Ebene angeordneten Detektor, da- 10 wie Luftdruck und Temperatur negativ auf die Auflödurch gekennzeichnet, daß eine intensive sung des Gerätes aus, da sie z.B. Abstände und Form Lichtquelle (Blitzlampe 8, 108) vorgesehen ist, mit der Linsenflächen und die Brechzahlen der verwendederen Hilfe die HilfsStruktur (Gitter 7,107) über eine ten Gläser beeinflussen, was zu einer Verschiebung der vor dem Objektiv (2,112) angeordnete, teildurchläs- Schärfenebene führt, die dann nicht mehr exakt mit der sige Spiegelfläche (1, 101) kurzzeitig auf eine aus 15 Filmebene übereinstimmt

einer Viekahl von Einzeldetektoren bestehende Eine ausreichende Stabilisierung dieser Parameter er-

Sensorzeile (5,105) aufbelichtbar ist, die gegenüber fordert einen hohen Aufwand wie Klimatisierung des

der HilfsStruktur derart geneigt ist, daß sie sich über gesamten Aufnahmeobjektivs bzw. des Einbauraums,

dec Bereich der von den Umweltparametern (Luft- ein druckdichtes Gehäuse etc. und ist oft nicht möglich,

druck P.Temperatur T)beeinflußbaren Verlagerung 20 Es sind daher Objektive für Luftbildzwecke bekannt,

der Schärfenebene erstreckt in denen ein verstellbares Linsenglied vorhanden ist das

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet abhängig von den ermittelten Werten der Umweltparadurch eine elektronische Schaltung (149), die die meter kontrolliert verstellt wird, um die Bildschärfe und Ausgangssignalfolge (10) des Sensors (5, 105) ent- damit das Auflösungsvermögen zu optimieren. Schwiesprechend einer gespeicherten Signalfolge (18, 19) 25 rigkeiten ergeben sich dabei vor allem dann, wenn beikorrigiert spielsweise inhomogene oder zeitlich schwankende

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- Temperaturverteilungen vorliegen, die mit der begrenzzeichnet, daß die gespeicherte Signalfolge (18) die ten Anzahl der zur Verfügung stehenden Meßstellen Empfindlichkeit der Elemente des Sensors (5, 105) nicht erfaßt werden.

repräsentiert. 30 Aus der Firmenschrift der Fa. Chicago Aerial Indus-

4. Einrichtung nach Anspruch 2—3, dadurch ge- tries »Automatic Focus Sensing and Control of Optical kennzeichnet daß die gespeicherte Signalfolge (18) Reconnaisance Sensors« von David G. Sites (undatiert), eine vor der Aufbelichtung der HilfsStruktur (7,107), ist es bekannt, die Lage der Schärfenebene über einen durch Abbildung des Aufnahmeobjekts auf den Sen- photoempfindlichen Sensor zu ermitteln und sie durch sor (5,105) entstandene Signalfolge (19) ist 35 Verschieben eines Linsengliedes in die Filmebene zu-

5. Einrichtung nach Anspruch 1 —4, verwendet zur rückzuführen. Dazu wird ein Spiegel vor das Objektiv automatischen Scharfeinstellung von Objektiven für geschwenkt um einen Autokollimationsstrahlengang zu Luftbildkammern, dadurch gekennzeichnet daß eine erhalten, und ein in der Filmebene angeordnetes beelektronische Schaltung (14) vorgesehen ist, die mit leuchtetes Gitter wird auf einen ebenfalls in der Film-Sensoren zur Messung mindestens einer der Um- 40 ebene angeordneten resistiven Detektor spezieller Bauweltparameter Luftdruck (P) und Temperatur (T) art abgebildet, dessen elektrischer Widerstand ein kon- und dem Fokussierantrieb (16) verbunden ist und trastabhängiges Maximum besitzt Zur Ableitung eines den Einfluß des Parameters auf die Bildschärfe durch für die Fokusdetektion brauchbaren Nutzssignals müs-Verstellen eines Linsengliedes (2a) gemäß einer vor- sen Schärfenebene und Detektor relativ zueinander bebestimmten Funktion grob ausregelt und der das die 45 wegt werden, was durch eine die optische Weglänge im Lage der Schärfenebene (9) charakterisierende Si- Autokollimationsstrahlengang choppende, rotierende gnal des Sensors (5,105) für die anschließende Fein- Glasplatte geschieht.

einstellung des Linsengliedes (2a) zuführbar ist. Diese Art der Signalgewinnung ist trotz des erforder-

6. Einrichtung nach Anspruch 1—5, dadurch ge- liehen hohen Aufwandes für Chopper und Schwenkspiekennzeichnet, daß die Lichtquelle (8,108) eine Blitz- 50 gel unbefriedigend, da das analoge Nutzsignal des Delampe ist. tektors einen geringen Störabstand besitzt. Da die Ein-

7. Einrichtung nach Anspruch 1—6, dadurch ge- richtung außerdem verhältnismäßig langsam arbeitet — kennzeichnet, daß der Spiegel (1,101) durch eine die der Schwenkspiegel wird positioniert, die Fokuslage gesamte Objektivöffnung abdeckende Planfläche ei- während des gesamten Fokussiervorganges gemessen, nes optischen Elementes (Spektralfilter 3, Linse 102) 55 der Schwenkspiegel wieder zurückgeklappt — kann sie des Objektivs gebildet ist. nur zwischen längeren Aufnahmeserien der Luftbild-

8. Einrichtung nach Anspruch 1 — 7, dadurch ge- kammer zur Nachfokussierung eingesetzt werden,
kennzeichnet, daß die HilfsStruktur (107) in Licht- Aus der DE-OS 29 44 161 ist eine Autofokussiervorrichtung einstellbar befestigt ist. richtung für photographische Objektive bekannt, die ein

9. Einrichtung nach Anspruch 1—8, dadurch ge- 60 in der Bildebene bzw. einer davon konjugierten Ebene kennzeichnet, daß die HilfsStruktur (7) im wesentli- angeordnetes, gegen die Ebene geneigtes, lineares Dechen die gleiche Periodizität wie die Sensorzeile (5) tektorarray enthält. Der Detektor ermittelt die Lage der besitzt. Schärfenebene durch Bestimmung des Sensorabschnitts, bei dem das auf ihm erzeugte Bild des durch das

65 Objektiv beobachteten Objektes den maximalen Kontrast aufweist. Liegt dieser Abschnitt außerhalb der Mitte des Sensors, wird nachfokussiert.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ermitt- Eine derartige Autofokussiervorrichtung, deren