DE3146387A1 - Autofocus-system - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL.-'ING. ULRICH KINKELIN 7032 Sindelfingen -Auf dem Goldberg- Weimarer Str. 32/34-Telfön 07031/86501

Telex 7265509 rose d

20. November 1981

Hitachi Denshi Kabushiki Kaisha

23-2, Kanda Suda-cho 1-chome, Chiyoda-ku, Tokyo /Japan

AUTOFOCUS-SYSTEM

Die Erfindung bezieht sich auf ein Autofocus-System gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Solche Autofocus-Systeme werden hauptsächlich in Kameras, wie z.B. Fernsehkameras, verwendet, die fotoelektrische Bildwandlersensoren besitzen. Der hier verwendete Ausdruck "Autofocus" bedeutet den Vorgang einer optischen Einstellung zur automatischen Bildfocussierung in Bildformen in optischen Systemen,ohne daß auf das menschliche Auge zurückgegriffen werden müßte.

Die bisher bekannten Autofocus-Systeme kann man im wesentlichen wie folgt einteilen: ( a ) Bilddefinition feststellender Typ

Die Definition eines in einer Bildebene gebildeten Bilds oder in einer Lage, die optisch äquivalent zur Bildebene ist, wird ermittelt und das bildformende optische System wird gemäß dem sich ergebenden feststellenden Signal eingestellt. Als Signal für die Anzeige der Bilddefinition kann der Wert des Differenzials des Bild-Signals, die Amplitude der Hochfrequenz-Komp· mente des Bild-Signals oder die Differenz

12 174 .

zwischen den maximalen und minimalen Werten der Amplitude des BiId-Signals verwendet werden. Mit diesen Signalen arbeitende Techniken sind auf dem Gebiet der Bildverarbeitung bekannt.
( b ) Entfernungsmessungstyp

Durch eine geeignete Methode wird die Entfernung von einem bildformenden System (wie z.B. einer Linse) zu einem Objekt festgestellt, was z.B. durch Triangulation geschehen kann und das bildformende optische System wird auf der Basis dieses Entfernungs-Signals justiert.

Von den beiden oben beschriebanen Typen hält sich die Erfindung an den Bilddefinitionen feststellenden Typ. Der Grund für diese Wahl liegt darin, daß ( 1 ) bei dem primär auf die Erzielung eines klaren Bilds eines bestimmten Objekts zielenden Fucossieren das Feststellen der Bilddefinition am rationellsten vorgeht und ( 2 ) der Entfernungsmeßtyp dazu tendiert, in der Entfernungsmessung ungenau zu sein, wenn es sich um Gegenstände handelt, die eineigroßen Abstand haben oder wenn Muster zyklisch wiederholt werden.

^ Die Fig. 1 zeigt ein bekanntes Focussiersystem, das mit Bilddefinitionserkennung arbeitet

und In einer Fernsehkamera verwendet wird. Ein solches System ist z. B. in der japanischen Patentanmeldung 5265/64 beispielsweise gezeigt. Durch die Kameralinse 11 wird das Bild eines bestimmten Objekts in einer Bildebene einer Kameraröhre oder einer Festkörper-Bildsensorplatte 21 ( nachfolgend als "Bildsensor" bezeichnet) entworfen. Das aus diesem Bildsensor 21 kommende Video-Signal läuft durch einen Hochpaßfilter 22, mit dem man in der Lage ist, wahlweise Mochfrequent-Signalkomponenten hindurchzulassen sowie durch einen Detektor 27 und einen Signal-Prozessor 28 und wird dann

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an einen Antriebstreiber 29 angelegt. Das Ausgangs-Signal aus diesem Antriebstreiber 29 treibt dann eine Antriebseinheit 61 an und diese bewegt die Linse Tl.

Dieses bekannte System arbeitet wie folgt: Wenn das Bild korrekt focussiert ist, dann hat die Bilddefinition ein Maximum, und dem entsprechend hat auch die Hochpaßkomponente des Video-Signals ein Maximum. Man erhält damit die Focussierung des Bilds, indem man das Ausgangs-Signal des Hochpaßfilters 22 durch den Detektor 27 schickt und dabei die Ausgangs-Amplitude mißt, die Linse so bewegt, daß die Amplitude ein Maximum wird, währenddessen man die Änderung der Amplitude aufgrund der Linsenbewegung mit Hilfe des Signalprozessors 28 abschätzt.

In diesem bekannten System stößt man auf den Fehler, daß,wenn die Lage der Linse 11 einen großen Abstand von der richtigen Focus-Position hat - wenn nämlich das Bild stark verzerrt ist unter den weitab vom Focus liegenden Bedingungen - , die Amplitude der Hochpaßkomponente des Video-Signals so klein wird und die Variation der Amplitude aufgrund einer kleinen Bewegung der Linse 11 ebenfalls so klein wird^ daß ^- *-' das die Außerfocus -Situation anzeigende Signal dem SignaIprozessor 28 nicht zugeführt werden kann. Weiter hat dieses bekannte System den Nachteil, daß es schnellen Bewegungen der Kamera oder des Objekts nicht folgen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Focussier-System zu schaffen, das die oben erwähnten Schwierigkeiten des Stands der Technik ausschaltet und solbst bei weitab von dor Focus-Stellung auftretenden Bedingungen focussieren kann und den Bewegungendes Objekts oder der Kamera prompt folgt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs entnehmbaren Merkmale gelöst.

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Die Erfindung wird nunmehr anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Blockschaltung eines konventionellen Autofocus-Systems,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Autofocus-Systems

nach der Erfindung,
Fig. 3 eine Skizze eines optischen Systems, das dazu verwendet wird, die

Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Systems zu erläutern,
Fig. A₁ 5

und 6 Blockdiagramme abgeänderter Ausführungsbeispiele nach der Erfindung,

Fig. 7 A eine Blockschaltung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, Fig. 7 B ein Schaltbild eines Beispiels für einen Suchsignal-Generator aus Fig. 7 A, Fig. 7 C ein Schaltbild eines Beispiels für einen Transfer-Schalter für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 A,

Fig. 8 eine Darstellung von Impulsformen, die im System nach Fig. 7 auftreten,

Fig. 9 Kurvenverläufe zur Erklärung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels

nach Fig. 7,

* Fig. IO ein Blockdiagramm einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 7,

Fig. 1] ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Autofocus-

Systems nach der Erfindung,
Fig. 12 eine Skizze zur Erläuterung der optischen Lagebeziehung von Kameralinse

und Bildsensor und

Fig. 13 ein Blockschaltbild wiederum eines weiteren Ausführungsbeispiels,
in dem lediglich der Sub-Bildsensor verwendet wird.

Gemäß Fig. 2 wird das Bild eines Objekts mittels einer Kameralinse 11 durch einen

Bildsensor 21 focusiert,und zur gleichen Zeit wird es mittels eines Strahlteilers 12 auf zwei weiteren Bildsensoren 31, 41 projiziert. Die Lichtmenge, die auf diese Bildsensorenouftrifft, wird durch eine Blende 13 reguliert. Der Bildsensor 21 bildet den Haupt-Bildsensor der Videokamera. Ein Teil desjenigen zweidimensionalen Videosignals, das vom Hauptbildsensor erzeugt wird, wird als Autofocus-Signal verwendet. Die zwei Bildsensoren 31, 41 bilden Sub-Bildsensoren zur Erzeugung von Autofocus-Signalen. Zu diesem Zweck kann vorteilhafterweise ein eindimensionaler Bildsensor verwendet werden, der aus einer Vielzahl winziger fotoelekfrischer Festkörper-Sensoren besteht, die in einer Linie angeordnet sind. Die Bildsensoren 31, 41 sind so angeordnet, daß wenn das Bild des Objekts korrekt auf den Hauptbildsensor 21 focusiert ist, der Sub-Bildsensor 31 eine Lage einnimmt, in der er näher an der Linse 11 sich befindet als der Hauptbildsensor, und zwar um eine bestimmte Länge des Lichtwegs. Der Sub-Bildsensor 41 nimmt dann eine Stellung ein, die weiter von der Linse 11 entfernt ist als der Hauptbildsensor, und zwar im wesentlichen um die gleiche Lichtweglänge wie die vorbestimmte Länge. Diese drei Bildsensoren 21, 31, 41 werden synchron abgetastet. Anders ausgedrückt: Die Sub-Bildsensoren 31, 41 werden synchron zur gleichen Zeit abgetastet, zu der der Hauptbildsensor 21 eine ganz bestimmte horizontale Abtastlinie abtastet, und es entsprechen daher drei Video-Signale, die zu diesem Zeitpunkt erhalten werden, dem gleichen Teil eines zu fotografierenden Objekts.

Mit den Hauptbildsensoren 21, 31, 41 sind jeweils Hochpaßfilter 22, 32 und 42 verbunden. Die Amplitude der hochfrequenten Komponente des Video-Signals variiert mit dem Grad der Bilddefinition und erreicht ein Maximum, wenn das Bild korrekt focussiert'st· Daher verwendet diese Erfindung die Amplitude der hochfrequenten Komponente des

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Video-Signa Is als dasjenige Signal, das den Grad der Bilddefinition angibt, in diesem Fall kann das hochfrequente Schaltrauschen, das entsteht, wenn die fotoelektrischen Festkörper-Sensorelemente angesteuert werden, mit Hilfe eines Filters oder eines Tore ausgeschaltet werden. Wahlweise kann man auf die Hochpaßkomponente Nachdruck legen, indem man das Vjdeo-Signal differenziert.

Die Ausgangs-Signale aus den Hochpaßfiltern 22, 32, 42 werden Toren 23, 33 und 43 zugeführt. Jedes dieser Tore dient dazu, aus einer horizontalen Abtastlinie einen bestimmten Bereich herauszuziehen ,und dementsprechend ist der Bildschirm in horizontaler Richtung beschränkt und ein spezifischer Bereich des Objekts auf dem Bildschirm ist focusslert.^'^e Ausgangs-Signale aus den Toren 23, 33 und 43 werden Detektoren 24, 34 und 44 zugeführt. Die Ausgangs-Signale aus diesen Detektoren 24, 34, 44 stellen Gleichspannungs-Signale entsprechend den Spitzenwerten der Amplituden der Hochfrequenzkomponenten des Video-Signals dar. Da der Hauptbildsensor 21 ein zweidimensionaler Bildsensor ist und sein Spitzenwert durch den Detektor 24 für jede horizontale Abtastlinie erzeugt wird, extrahiert das Tor 25 aus dem Spitzenwert lediglich eine spezifizierte horizontale Linie, die mit den Sub-Bildsensoren 31, 41 synchronisiert ist.

Es sei nun P der Spilzenwert, den man aus dem Hauptbildsensor erhält, und Q und R die Spitzenwerte, die man jeweils aus den Sub-Bildsensoren 31, 41 erhält. Diese Signale werden über Eingangsklemmen T ,T ,T an einen Kontroller 50 gelegt. Das Ausgangs-

p q r

Signal aus dem Koniroller 50 erscheint an einer Klemme T . Diese Spannung wird durch W

dargestellt. Durch dieses Signal W wird mittels einer Antriebseinheit 61 die Linse 11 angetrieben. Die Stellung der Linse 11 wird von einem Stellung?-Detektor 62 festgestellt

und das ermittelnde Signal wird über eine Eingangsklemme T an den Kontroller 50 angelegt. Wahlweise kann die Bewegung der Linse 11 mittels der Antriebseinheit 61 durch einen Handschalter 71 gestoppt werden. Es wird nun der Aufbau und die Wirkungsweise des Kontrollers 50 beschrieben. Die Spitzenwerte P, Q, R werden auf folgende Weise auf einen Normalwert gebracht: Sie werden so eingestellt, daß Q =

R und P - Q als Bedingungen befriedigt werden, wobei P derjenige Wert von P ist. ο ο ο ο

wenn das Bild des Objekts auf dem Bildsensor 1 focussiertist, Q ist derjenige Werf von Q, wenn das Bild auf den Bildsensor 31 focu^ss'^erfist,und R ist derjenige Werf von R, der auftritt, wenn das Bild auf den Bildsensor 41 focussiertist. Durch eine Recheneinheit 51 werden P, Q und R in eine Funktion F ( P, Q, R ) = (P - Q) ² + (P - R) ² , und diese Funktion wird dann durch einen Komparator 52 überprüft, der bestimmt, ob oder ob nicht folgende Gleichung befriedigt ist:

F(P, Q,R)=(P~Q)²+(P-R)² >a (1)

In der Formel bedeutet " a " eine Bezugsspannung, deren Wert so festgelegt ist, daß er größer ist als derjenige Geräuschpegel, der in den Signalen P, Q, R steckt, aber kleiner ist als die oben erwähnten Werfe P₇Q und R . Da die Focussier-Spitzenwerte P , Q und R sich mit dem Kontrast des Objekts ändern, ist es wünschenswert, ο ο ο

einen solchen Wert " a " zu haben, der auf der Basis.eines Objekts mit einem relativ niederen Kontrast eingestellt wird. Wahlweise kann der Wert von " a " auch gemäß der Amplitude des Video-Siynals variiert werden.

Das Ausgangs-Signal aus dem Komparafor 52 nimmt eine hohe Spannung (nachfolgend mit H bezeichnet) an, wenn die Bedingung der Formel ( 1 ) befriedigt isf,und es nimmt

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einen niederen Spannungswert an (nachfolgend mit I bezeichnet), wenn die Bedingung nicht befriedigt ist, nämlich wenn F (P, Q, R) =" α befriedigt ist. Dieses Ausgangs-Signal wird an eine logische Operations-Einheit 53 angelegt.

Auf der anderen Seite werden Q und R einem Subtrahierer 54 zugeführt, der an seinem Ausgang das Differenz-Signal Q-R abgibt. Das Signal Q-R wird einem Komparator 55 zugeführt und wird daraufhin überprüft, ob es oder ob es nicht folgende Bedingung

befriedigt:

(Q, R)= IQ-R| > b (2)

In dieser Formel bedeutet " b " die Bezugsspannung, die so eingestellt wird, daß größer ist als das in den Signalen Q und R enthaltene Geräusch. Da dieser Wert

tlich kleiner ist als die Spitzenwerte Q_q , R_q ist die Bedingung der Formel ( 2 ) praktisch gleichwertig zur Beurteilung der Tatsache, ob Q ^ R , d. h. ob Q und R unterschiedlich sind.

sie

wesent

Das Ausgangs-Signal Y aus dem Komparator 55 nimmt den Wert von H an, wenn die Bedingung der Formel ( 2 ) befriedigt ist, und es nimmt den Wert L an, wenn & ( Q, R)^b oder Q^R befriedigt ist. Dieses Signal Y wird der logischen Operationseinheit 53 zugesandt. Der Zusammenhang zwischen den Eingangssignalen X, Y mit der logischen Operationseinheit 53 und das Ausgangs-Signal Z aus dieser ist in der

Tabelle 1 gezeichnet.

Tabelle 1

^^*\Z us tan d	X Y ζ	ι	a b	F Δ	II	III	a b	IV	a b
Eingang^ Ausganq	F >			> a	F < Δ >		F <.	.. .J
Eingang Eingang	H H H		H L H	. .... L H H	L L L

Aus der Tabelle 1 ist klar, daß Z = L nur im Zustand IV auftritt, nämlich wenn

F (P/ Q, R) = (P - Q) ² + (P - R) ²^ α und ^ (Q,R) = b oder Q^R befriedigt sind ,und Z-H tritt in allen anderen Zuständen I, Il und ΙΓ auf.

Das Ausgangs-Singal Q-R aus dem Subtrahierer 54 wird ebenfalls zu einem Focussier-Steuersignal-Generator 56 geschickt, der ein Focus-Steuersignal U = f (Q - R) an seinem Ausgang abgibt. Die einfachste Form der Funktion f (Q - R) ist das proportionale Verhältnis, wie folgt ausgedrückt:

UI= c (Q - R) (3 )

■ "

In dieser Gleichung bedeutet " c" der Proportionalitäts-Koeffizient. Der Wert dieses Koeffizienten wird so eingestellt, daß die Ausgangsspannung U ausreichend ist, die Antriebseinheit 61 anzusteuern.

Damit die Ausgangsspannung U keinen übermäßig großen Wert annimmt, ist es wünschenswert, den Focussier-Steuersignal-Generatof 56 mit einer Sättigungscharakteristik auszustatten, so daß das Ausgangssignal U proportional der Differenz Q-R gemäß Gleichung ( 3 ) ist, wenn der Absolutwert von 1 Q - R| relativ klein ist, während das Ausgangs-Signal U in einen festen Sättigungswert übergeht, wenn der Absolutwert von IQ - R| größer ist. Das Vorzeichen von U ist identisch mit demjenigen von Q-R. Wenn U .2* .0 auftritt, wird die Linse 11 rückwärts bewegt und näher an den Bildsensor 21 bewegt. Wenn U^O auftritt, dann wird die Linse 11 vorwärts geschoben und weiter weg vom Bildsensor 21 bewegt. Die Linse 11 bleibt ruhig, wenn U = O erfüllt ist.

Das Ausgangs-Signal Z aus der logischen Operationseinheit 53 und das Ausgangs-Signal U

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aus dem Focussier-Steuersignal-Generator 56 werden zu einem Umschalter 57 geschickt. Dem Umschalter 57 wird auch das Ausgangs-Signal V aus einem Suchsignal-Generator zugeführt. Das Suchsignal V hat die Gestalt einer festen positiven oder negativen Spannung. Die Polarität des Suchsignals V wird durch das Signal S gesteuert, das vom Linsen-Stellungs-Detektor 62 erzeugt wird.

Der Umschalter 57 funktioniert wie folgt: Die Verbindung zwischen den Klemmen wird durch den Signalpegel des Eingangs-Signals Z geändert. Wenn Z = H auftritt, ~ dann wird die Ausgangsklemme T mit der Eingangsklemme des Focussier-Steuersignals U

verbunden, damit die Bedingung W=U befriedigt ist. Wenn Z = L auftritt, dann wird die Ausgangsklemme T mit der Eingangsklemme des Such-Signals V verbunden, damit die Bedingung W=V befriedigt ist.

Es wird nun die Wirkungsweise des Focussier-Systems nach der Erfindung beschrieben. Es werden zunächst die äquivalenten Stellungsbeziehungen zwischen der Kameralinse 11 , dem Punkt der Bildbildung und den drei Bildsensoren 21, 31, 41 anhand von Fig. 3 beschrieben. Wenn die Linse 11 am weitesten ausgefahren ist und in eine Position 11 A gebracht worden ist, dann wird das Objekt mit der kleinsten Entfernung auf dem Bildsensor 21 und der Gegenstand mit unendlicher Entfernung im Punkt M focussiert. Wird die Linse 11 in die Stellung 11 B gefahren, dann wird das Objekt mit unendlicher Entfernung auf dem Bildsensor 21 und das Objekt mit der kürzesten Entfernung in einem Punkt N focussiert. Aus dieser Beziehung wird klar, daß allgemein gasprochen alle Objekte innerhalb der nächsten Entfernung bis zur unendlichen Entfernung zwischen Punkten focussiert werden, die zwischen den Punkten M und N liegen, unabhängig von der Stellung der Linse 11.

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Es sei angenommen, daß das Bild eines Gegenstands korrekt auf dem Bildsensor 21 focussiert sei. In diesem Fall nimmt das Signal P den maximalen Wert an und Q = R < P ist befriedigt. Damit ist auch F (P_# Q, R) = (P - Q )² + (P - R) ² >a befriedigt. In anderen Worten gilt X = H und Q-R = O, nämlich Y-L sind erfüllt und der Zustand Il der Tabelle 1 liegt vor.

Damit sind die folgenden Bedingungen erfüllt:

Z = H

(4) W = U = c (Q- R) = 0

Die Linse 11 bleibt daher weiterhin in der focussierten Stellung.

Es sei nun angenommen, daß das Bild eines Gegenstands auswandert und seinen Focus nahe dem Bildsensor 21 hat. Dann ist

erfüllt und daher F (P, Q, R)= ( P - Q ) *+ (P - R)²>a, nämiich X - H ist erfüllt und Q - R V 0 ι nämlich Y=H ist ebenfalls erfüllt. Damit stellt sich der Zustand I der Tabelle 1 ein. Dementsprechend sind folgende Bedingungen erfüllt:

Z = H

W = U = c (Q - R) >0 J (6 ).

Die Linse 11 in Fig. 3 wird nach rechts bewegt und in ihrer Bewegung gestoppt, wenn das Bild des Gegenstands korrekt auf dem Bildsensor 21 focussiert ist. Wenn der Brennpunkt umgekehrt in die Nähe der Bildsensoren 41 auswandert und sich daher U< 0 einstellt, wird die Linse in umgekehrter Richtung in die korrekte Focus-Stellung gebracht.

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Es sei nun angenommen, daß der Focus ganz beträchtlich nach links auswandert und in die Nachbarschaft des Punktes M fällt. Diese Situation stellt die Bedingung dar,, in der die Linse 11 am weitesten ausgefahren ist und das Cbjekt sich in unendlicher Entfernung befindet. In diesem Falle werden die auf den drei Bildsensoren 21, 31 , 41 gebildeten Bi Ider erheblich verschwommen. Die Hochfrequenz-Komponenten, die man aus allen diesen Bildsensoren erhält, sind sehr klein, und es gilt daher P^Q^r^O. Dementsprechend ist F (P, Q, R) = (P - Q) ² + (P - R) ² >a, nämlich X = L ist erfüllt und Q - R⁰O, nämlich Y= L ist ebenfalls erfüllt. Damit liegt der Zustand IV aus der Tabelle 1 vor.

Dementsprechend sind die folgenden Beziehungen befriedigt:

Z = L

(7) W = V

Dementsprechend wird die Linse 11 durch das Ausgangs-Signal V des Suchsignal-Generators 58 angetrieben. Im Laufe der Zeit nimmt das Signal V einen fixen positiven oder negativen Wert an. Wenn zufällig die Polarität des Signals V plus ist, dann wird die Linse in der Fig. 3 nach rechts gezogen und gelangt im Laufe der Zeit in die Unendlich-Stellung. An diesem Punkt wird der Stellungs-Detektor tätig und gibt ein Signal an den Suchsignal-Generator 58 ab, um die Polarität des Ausgangs-SignaIs umzukehren. Auf dieses Signal hin beginnt die Antriebseinheit 61 in der entgegengesetzten Richtung sich zu drehen, so daß die Linse 11 in Fig. 3 nach links bewegt wird. Wenn die Linse 11 die naheste Stellung erreicht hat, gibt der Stellungs-Detektor 62 ein Signal ab, das die bewegung der Linse umkehrt. Im Verlauf einer solchen Bewegung der Linse 11 nähert sich der Focus dem Bildsensor 31 oder 41, so daß gleichzeitig die beiden Bedingungen befriedigt werden F (P, Q, R) = (P - Q) + (P - R) ^z ^q und Q - R ^ 0 und dementsprechend liegt der Zustand I

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der Tabelle 1 vor. Da sowohl Z = H und W = U befriedigt sind, wird die automatische Steuerung betätigt, so daß die Linse in die richtige Focussierstellung bewegt wird.

Wenn das aufgenommene Objekt wenig Kontrast hat oder wenn die Schärfentiefe der Linse 11 groß ist, dann kann es geschehen, daß F (P, Q, R) = (P - Q)² + (P - R) ² ^O und P^Q unabhängig von der Lage der Linse befriedigt sind. In einem solchen Fall wird W-V immer eingehalten und die Linse 11 läuft beständig vorwärts und rückwäris. Dies kann man dadurch verhindern, daß man den Handschalter 71 betätigt und die Bewegung der Linse 11 stoppt, wenn die Linse 11 gerade dabei ist, in die Focussierstellung zu gelangen.

Selbst wenn der Brennpunkt merklich von den Bildsensoren 21, 31 und 41 abweicht, ■ und zwar soweit, daß F (P, Q, R) = (P - Q) +(P-R) =" α befriedigt sind, sind auch Z=H und W=U befriedigt und die Autofocus-Funktion ist immer noch insofern befriedigt, als JQ - Rj>b weiterhin existiert. Dieser Zustand entspricht dem Zustand III der Tabelle 1.

Figur 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Anders als beim oben !Geschriebenen Ausführungsbeispiel , das {a zwei Sub-Bildsensoren verwendet, verwendet dieses Ausführungsbeispiel nur einen einzelnen Sub-BMdsensor 31 A. Der Sub-Bildsensor 31 A wird durch eine Antriebseinheit 37 in Richtung der optischen Achse bewegt, so daß er hin- und hergehende Bewegungen zwischen einer vorderen Stellung 310 A und einer hinteren Stellung 310 B machen kann. Es sei angenommen, daß Q der Spitzenwert der Hochfreque nz-Komponente des Video-Signals ist, das bei der vordersten

Stellung erzeugt wird, und R sei dasjenige, das in der hintersten Stellung erzeugt wird, wodurch sie jeweils Q und R des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels entsprechen. Der Spitzenwert der Hochfrequenz-Komponente des Video-Signals , das vom Haupt-Bildsensor 21 erzeugt wird, ist P - ähnlich demjenigen, das beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel aufgetreten ist. Beim ersten Ausführungsbeispiel wird dasjenige Signal aus zwei stationären Sub-Bildsensoren erhalten, das dem Grad der Bilddefinition entspricht.

Im Gegensatz hierzu wird bei diesem Ausführungsbeispiel dasjenige Signal, welches die Bilddefinition repräsentiert, in Zeitserien erhalten, indem man nacheinander den einzigen Sub-Bildsensor in unterschiedliche Stellungen auf der optischen Achse bewegt.

Das aus dem Hauptbildsensor 21 kommende Signal wird an eine Eingangsklemme T des Konirollers 50 gelegt. Das aus dem Sub-Bildsensor 31 A kommende Signal wird zu einem Umschalter 36 geschickt, der synchron mit der Antriebseinheit 37 arbeitet. Daher wird das Signal in der vorderen Stellung an eine Eingangsklemme T und dasjenige entsprechend der Ausgangsstellung an eine Eingangsklemme T gelegt. Die folgende Verarbeitung aller dieser Signale verläuft ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele erlauben die folgenden Abänderungen: ( 1 ) Bildsensor

Dieses System erfordert eine Anzahl Sub-Bildsensoren zur Erzeugung von Video-Signalen

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12174 ■

in den vorderen und hinteren Stellungen des Hauptbildsensors. Alternativ können die der vorderen und der hinteren Stellung entsprechenden Signale wechselweise in Zeitserien erzeugt werden, indem man verursacht, daß sich ein einzelner Sub-Bildsensor räumlich bewegt. Im ersteren Fall sind zwei Sub-Bildsensoren in Stellungen angeordnet, die durch unterschiedliche Längen des Lichtwegs von der Linse getrennt sind. In diesem Fall ist es sehr zu bevorzugen, den Hauptbildsensor auf der halben Strecke zwischen den beiden Sub-Bildsensoren anzuordnen. Bei dieser Anordnung nimmt der Hauptbüdsensor die richtige Focussierstellung automatisch dann ein, wenn die Bedingung Q = R erfüllt ist. Wenn die Stellung des Hauptbildsensors aus dem exakten Mittelpunkt zwischen den beiden Sub-Bildsensoren auswandert, kann man erreichen, daß die Bedingung Q = R im Brennpunkt des Hauptbildsensors auftritt, indem man die Verstärkungsgrade der elektrischen Schaltungen justiert, die mit den beiden Sub-Bildsensoren verbunden sind, so daß diejenige elektrische Schaltung, die mit demjenigen Sub-Bildsensor verbunden ist, der eine kleinere Entfernung vom Hauptbildsensor hat, einen niedrigeren Verstärkungsgrad hat und daß die elektrische Schaltung, die mit dem Sub-Bildsensor verbunden ist, der einen größeren Abstand hat, einen höheren Verstärkungsgrad hat.

( 2 ) Logischer Prozessor

Die Funktionsgleichung F (P, Q, R) Ξ (P - Q) ² + (P - R) ² ( 8 )

kann auch so betrachtet werden, daß sie dem Grad der Unterschiedlichkeit zwischen den Signalen Q und R der beiden Sub-Bildsensoren und das Signal P des Hauptbildsensors darstellt. Die Tatsache, daß der Wert von F groß ist, zeigt an, daß der Brennpunkt der Linse nahe dem korrekten Focus, nämlich dem Hauptbildsensor ist.

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In diesem Falle bewirkt man ein noch genaueres Focussieren , indem man die Position der Linse durch das Focussier-Steuersignal U steuert. Umgekehrt stellt die Tatsache, daß der Wert von F klein ist, ein Signal dafür dar, daß das von der Linse entworfene Bild eine große Entfernung vom Hauptbildsensor hat. In diesem Fall wird die Linse zuerst durch ein Such-Signal V bewegt und danach mit Hilfe des Steuer-Signals U genau in die korrekte Lage justiert.

s „^ Wie oben beschrieben wird die Lage des durch die Linse focussierten Bildes durch den

Wert der Funktion F (P, Q, R) angegeben und das Antriebs-SignaI für die Linse wird auf der Basis dieses Ergebnisses ausgewählt.

Zur leichteren Feststellung der Lage der Linse kann eine andere unten gezeigte Funktionsgleichung verwendet werden:

G (P, Q, R) ~ etP + ßQ + VR (9)

In dieser Funktion sind Ot, A / V Konstanten. Diese Funktion G hat die Eigenschaft, ihren Spitzenwert in der Nachbarschaft des korrekten Brennpunkts zu erreichen und langsam auf 0 abzusinken, wenn die Entfernung vom Brennpunkt größer wird. Wenn die Verstärkungsgrade der zugehörigen Schaltungen so eingestellt sind, daß erfüllt istOC ⁼ r ⁼Tf ⁼ h dann ist die folgende Funktionsgleichung erfüllt.

G (P, Q, R) = P +Q +R (10)

Die Funktion G (P, Q, R) ist dort nützlich, wo die Spitzenwerte P, Q und R kleinen Zeitverlauf-abhängigen Änderungen unterliegen.

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Die Funktionen G (P, Q, R) der Formeln (8) oder (9) werden durch die Recheneinheit 51 berechnet.

Wenn die Funktion G anstelle der Funktion F verwendet wird, wird der Zustand 11 der Tabelle 1 immer verwirklicht und der focussierte Zustand bleibt erhalten, unabhängig von der Lage der Linse, wenn die Schärfentiefe der Linse groß ist.

Bei den obigen Ausführungsbeispielen wird der eindimensionale Festkörper-Bildsensor als Sub-Bildsensor verwendet. Es sind jedoch andere bekannte Maßnahmen verwendbar, um die Bilddefinition festzustellen. Diese Lösungswege können für den Sub-Bildsensor beim erfindungsgemäßen System verwendet werden. Man kann z. B. einen Schlitz oder ein Raumfilter abtasten, die vor dem fotoelektrischen Umwandlungselement angeordnet sind. Oder man kann wahlweise die Eigenschaft desjenigen fotoelektrischen Elements, das den maximalen Widerstandswert im Brennpunkt aufgrund der nichtlinearen Charakteristik des Elements annimmt, als Sub-Bildsensor für das erfindungsgemäße ^>~' System verwenden. Eine weitere Alternative wäre der Lichtstrahl einer Licht emittiernden

Diode, der auf ein zu fotografierendes Objekt geworfen wird, wobei man dann das von dem Objekt zerstreute Lichterhält.

Charakteristisch für die vorliegende Erfindung ist die Verwendung von logischen Eingangs-Signalen für diejenigen Signale, die repräsentativ für den Grad der Bilddefinition sind und die man aus Haupt- und Sub-Bildsensoren erhält, man eine bestimmte logische Operation mit den Eingangs-Signalen durchführt und die Stellung der Linse gemäß den Ausgangs-Signalen der logischen Operation steuert.

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Durch diese Methode wird die Linse immer in die richtige Focussierstellung gefahren, unabhängig von der Entfernung, dem Kontrast oder der Bewegung des Objekts. Wahlweise kann ein Teil des Haupt-Bildsensors gleichzeitig als Sub-Bildsensor ν erwendet werden. Der Grund für diese gleichzeitige Verwendung des Haupt-Bildsensors ist wie folgt; Allgemein gesprochen hat die Lichtempfindliche Oberfläche des Bildsensors eine gewisse Toleranz in ihrem peripheren Bereich. Dieser Randbereich wird auf dem augenblicklich zu betrachtenden Bildschirm weder abgetastet noch reflektiert, obwohl . er als Bildsensor funktionieren könnte. Dieser Randbereich liegt in den vertikalen

oder horizontalen Ecken der Bildebene und kann wirkungsvoll als Sub-Bildsensor verwendet werden. In diesem Fall ist es naturlich notwendig, eine das Licht abschirmende Vorrichtung vorzusehen, so daß das Hauptbild nicht auf denjenigen Bereich fällt, der als Sub-Bildsensor dienen soll. Wenn der so verwendete Bereich zufälligerweise im Normalzustand nicht abgetastet wird, muß man die Funktion des Sub-Bildsensors auf denjenigen Bereich legen, der getrennt während der Rücklaufzeit des Abtaststrahls abgetastet wird.

Figur 5 zeigt eine Abwandlung, bei der der Randbereich des Hauptbildsensors gleichzeitig als Sub-Bildsensor verwendet wird. Ein durch den Strahlteiler 12 abgezweigter Teil des Lichts geht durch einen reflektierenden Spiegel 121 und ein sub-optisches System 122 und entwirft ein Bild auf einem ersten Sub-Bildsensor 31, der aus dem Randbereich des Haupt-Bildsensors 21 gebildet wird. Relativ zum Haupt-Bildsensor 21 liegt dieser Sub-Bildsensor in einer vorderen Stellung. Ein anderer durch den Strahlteiler 12 abgezweigter Teil des Lichts geht durch einen reflektierenden Spiegel 123 und ein sub-optisches System 124 und entwirft auf einem zweiten Sub-Bildsensor 41

ein Bild, welches einen unterschiedlichen Teil des oben erwählten Sub-Bildsensors im Randbereich des Haupt-Bildsensors 21 darstellt. Dieser Sub-Bildsensor 41 ist relativ zum Hauptbildsensor 21 weiter rückwärts angeordnet. Abgesehen von den beschriebenen Bauteilen ist das vorliegende Ausführungsbeispiel identisch mit jedem der oben erwähnten Ausführungsbeispiele, und es wird daher die Wirkungsweise nicht näher erläutert.

Figur 6 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel dar, bei dem ein Randbereich eines Haupt-Bildsensors als Sub-Bildsensor verwendet wird. Diese Abwandlung wird für den Fall erläutert, bei dem eine Zoom-Linse als Bild-entwerfendes optisches System verwendet wird. Diese Zoom-Linse besteht aus einem optischen System Ul unterschiedlicher Vergrößerung, einem Relais-Linsensystem 112, wobei der Strahl teiler 12 zwischen den beiden Systemen angeordnet ist. Das vom Strahl teiler herausgeteilte Licht geht durch eine reflektierende Oberfläche 121 und durch ein sub-optisches System 122 und entwirft auf einem Sub-Bildsensor 31 ein Bild, das durch den Randbereich eines Haupt-Bildsensors 21 gebildet wird. Indem man ein Linsenglied des sub-optischen Systems 122 mit Hilfe einer Bewegungseinheit 125 hin und her bewegt, veranlaßt man, daß das auf dem Sub-Bildsensor 31 entworfene Bild zwischen den vorderen und hinteren Focusstellungen sich bewegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Steuerung der Entfernung des Sub-Bildsensors durch das Regulieren der Amplitude der hin und her gehenden Bewegung des Linsenglieds des sub-optischen Systems 122 verwirklicht. Das Stellungs-Signal des Sub-Bildsensors zeigt die Stellung der Linse an.

Abgesehen von den oben beschriebenen Baueinheiten ist diese Abwandlung identisch

3U6387

mit jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele,und die Arbeitsweise wird deshalb nicht beschrieben.

Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 5 oder 6 kann man das Focussieren bewirken, indem man die Bildsensoren 21, 31, 41 insgesamt bewegt, statt die Linse zu bewegen.

Figur 7 A zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das diesen Aspekt berücksichtigt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 in den folgenden Punkten:

(1 ) Durch die Verwendung von Strahlteilern 12 A und 12 B , wobei ein Focussierstrahl zum Sub-Bildsensor 31 und ein anderer Focussierstrahl zum Sub-Bildsensor 41 geschickt wird.

( 2 ) Die Sub-Bildsensoren 31 und 41 werden sicher von einer gemeinsamen Basis 83 getragen, die mit Hilfe einer beweglichen Welle 811 und einer Feder 813 sich auf einem Grundgestell 814 abstützen. Weiterhin wird ein Magnetstück 812 , das an einem Teilbereich der beweglichen Welle 811 befestigt ist, durch die Betätigung einer Magnetspule 815 angezogen. Als Ergebnis hiervon werden die Welle 811, die Basis und die beiden Sub-Bildsensoren 31, 41 miteinander bewegt. Die Sub-Bildsensoren werden durch das Ansteuern der Magnetwicklung 815 bewegt, so daß sie sich von der Linse 112 wegbewegen.

( 3 ) Ein Signal Z wird an einen Suchsignal-Generator 58 A angelegt. Die Ausgangs-Signale VA, VB aus diesem Suchsignal-Generator 58 A werden einem Umschalter 57 zugeführt. Das Ausgangs-Signa I VB dient auch zur Ansteuerung der Magnetspule 815.

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^{12 174} .:" · „· " : ■ .L26^:.;

( 4 ) Das Linsensystem ist in ein variables Vergrößerungssystem 111 und ein Relaissystem 112 aufgeteilt. Der Focussiervorgang dieses Systems wird dadurch bewirkt, daß man das Relaissystem 112 fein in Richtung der optischen Achse mit Hilfe der Antriebseinheit 61 bewegt. Dies ist eine der möglichen Konstruktionen, auf die zwecks leichterer Erklärung hingewiesen wird. Welches Linsensystem zum Focussieren bewegtwird, ist ledigli ch eine Systemauslegungsfrage und hat nichts mit den fundamentalen Prinzipien dieser Erfindung zu tun.

(5 ) Die Signalverarbeitungsschaltung 200 in Fig. 7 stellt insgesamt die Signalverarbeitungsschaltung dar, die aus den Bausteinen 22 bis 25 von Fig. 2 aufgebaut ist. Ahnliche Schaltungen 300 und 400 aus Fig. 7entsprechen den Bausteingruppen 32 bis 34 und den Bausteingruppen 42 bis 44, die jeweils in Fig. 2 dargestellt sind.

Es wird nun die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Wirkungsweise dieses Systems in den drei Zuständen 1,11, III der vier Zustände aus Tabelle 1, worin Z = H ist, ist identisch mit derjenigen, die schon im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 beschrieben worden ist. Wenn der Zustand IV der Tabelle 1 auftritt, läuft im System folgendes ab: Das Signal Z, welches an den Suchsignalgenerator 58 A anzulegen ist, geht vom H -Pegel auf den L-Pegel , und zwar unmittelbar nach dem Auftreten des Zustands IV, wie oben beschrieben. Diese Bedingung schleppt sich im Pegelwechsel des Signals Z nieder , wie dies im Abschnitt ( a ) der Impulsfolgedarstellung aus Fig. 8 ersichtlich ist. Wenn dieses Signal angelegt wird, dann wird der Umschalter 57 betätigt, so daß W = VA gilt. Hierin bedeutet W das Ausgangs-Signal des Umschalters 57. Daraufhin gibt der Suchsignalgenerator 58 A

.12 174 .:--* ' -:- ' 27

ein Suchsignal VB einer bestimmten Zeitdauer ab, wie dies imAbschnitt ( b ) in Fig. 8 gezeigt ist, was die Magnetspule 815 ansteuert, so daß die Sub-Bildsensoren 31, 41 um einen bestimmten Abstand in Richtung weg von der Linse bewegt werden. Nachdem die fUr diese mechanische Bewegung notwendige Festzeit verstrichen ist, kehrt das VB-Signal automatisch auf seinen Ursprungspegel zurUck und dementsprechend kehren die Sub-Bildsensoren 31, 41 ebenfalls in ihre jeweiligen Ursprungslagen zurück. Das Suchsignal VB wird auch zum Umschalter 57 geschickt. Der Umschalter 57 hat eine eingebaute Inhibit-Schaltung, weiche verhindert, daß der Umschalter 57 das Signal Z weitergibt, während das Suchsignal VB über eine bestimmte Zeitperiode darin zurückgehalten wird.

Der Suchsignalgenerator 58 A und der Umschalter 57 sind in den Fig. 7B und 7C beispielsweise dargestellt. Gemäß Fig. 7 hat der Suchsignalgenerator 58A zum Empfang des Signals Z eine Eingangsklemme 58 A-I. Verbunden mit dieser Klemme 58A-1 ist ein monostabiler Multivibrator 58A-3 mit einer Verweilzeit ν , und zwar über ein ODER-Tor 58A-2 , Inverter 58A-4 und 58A-5, ein Eingang eines UND-Tors 58A-6 und ein monostabiler Multivibrator 58A-8 mit einer Verweilzeit von u _ über ein ODER-Tor 58A-7. Der monostabile Multivibrator 58A-3 ist mit seinem Q-Ausgang mit einem Eingang eines UND-Tores 58A-9 verbunden, und sein anderer Eingang ist mit dem Ausgang des Inverters 58A-5 verbunden. Der Ausgang des Inverters 58A-4 ist mit einem Eingang eines UND-Tores 58A-10 verbunden. Die anderen Eingänge der UND-Tore 58A-6 und 58A-10 liegen auf einem gemeinsamen Punkt. Der monostabile Multivibrator 58A-8 ist mit seinem Q-Ausgang über ein ODER-Tor 58A-11 mit einem monostabilen Multivibrator 58A-12 verbunden, der eine Verweilzeit von U^ hat,

12 174 .·.:-::*

—- " "28

der seinerseits mit seiner Q-Klemme an eine Ausgangsklemme 58A-10 angekoppelt ist, an dem das VB-Signal abgenommen werden kann und die gemeinsamen Eingänge der UND-Tore 58A-6 und 58A-10. Die ODER-Tore 58A-2, 58A-7 und 58A-11 haben jeweils geerdete Eingangsklemmen. Die Ausgänge der UND-Tore 58A-10 und 58A-6 sind jeweils mit einer Einstellklemme S und einer Rückstellklemme R eines SR-Flip-Flops 58A-14 verbunden, dessen Q-Ausgang mit einem Eingang eines UND-Tores 58A-15 verbunden ist und ein Q-Ausgang ist mit einem Eingang eines UND-Tores 58 A-Io verbunden. Der Ausgang des UND-Tores 58A-9 ist auf einem gemeinsamen Punkt mit den anderen Eingängen der UND-Tore 58A-15 und 58A-16 geführt. Der Ausgang des UND-iFores 58A-15 ist mit einem Eingang eines NOR-Tores 58A-17 und mit einer (nicht dargestellten) Ansteuerungsspule eines Relais 58A-18 verbunden. Nicht dargestellte Kontakte des Relais 58A-18 liegen zwischen einer positiven Klemme einer Gleichspannungsquelle, die ebenfalls nicht dargestellt ist, und an der Ausgangsklemme 58A-21 , die zur Abgabe des VA-Signals dient. Darüber hinaus ist der Ausgang des UND-Tores 58A-16 mit dem anderen Eingang des NOR-Tores 58A-17 und einer Magnetspule eines Relais 58A-19 verbunden. Kontakte dieses Relais liegen zwischen dem negativen Pol einer - -

Gleichspannungsquelle und der Ausgangsklemme 58A-21 .Der Ausgang des NOR-Tores 58A-17 ist mit der Magnetspule eines Relais 58A-20 verbunden, dessen Kontakte zwischen der Eingangsklemme 58A-21 und Erde liegen.

Zwischen den Kippzeiten der monostabilen Multivibratoren 58A-3, 58A-8 und 58A-12 gilt die Bedingung T₁*^ ν _o + t . Die monostabilen Multivibratoren 58A-3,

I · 2 ο

58A-8 und 58A-12 sind über bestimmte exferne Schaltungen mit der positiven Klemme einer Gleichspannungsquelle verbunden.

Wir betrachten nun Fig. 7 C. Der Umschalter 57 empfängt an seiner Eingangsklemme 57-1 das Signal VB , mit dem die Eingänge eines Pufferverstärkers 57-2 und eines Inverters 57-3 verbunden sind. Eine C-Klemme eines D-Flip-Flops 57-4 ist mit dem Ausgang des Pufferverstärkers 57-2 verbunden und eine D-Klemme ist mit der positiven Klemme einer Gleichspannungsquelle verbunden. Der Ausgang des Inverters 57-3 ist mit dem einen Eingang eines UND-Tores 57-5 verbunden. Der andere Eingang dieses UND-Tores ist mit der Eingangsklemme 57-3 verbunden, wo das Z-Signal empfangen werden kann,und seine Ausgangsklemme ist an eine R-Klemme eines D-Flip-Flops 57-4 geführt. Dieses Flip-Flop ist mit seinem Q-Ausgang mit der Magnetspule eines Relais 57-2 verbunden und sein Q-Ausgang ist mit der Magnetspule eines Relais 57-8 verbunden. Während die Kontakte der Relais 57-7 zwischen einer Eingangsklemme 57-9 zum Empfang des Signals VA und einer Ausgangsklemme 57-10 zur Abgabe des W-Signals liegen, liegen die Kontakte der Relais 57-8 zwischen einer Eingangsklemme 57-11 , an der das U-Signal empfangen werden kann, und der Ausgangsklemme 57-10.

Die Klemmen 58A-1, 58A-13 und 58A-21 in Fig. 7B sind jeweils mit den Klemmen 57-6, 57-1 und 57-9 in Fig. 7C verbunden.

Der Suchsignalgenerator 58A und der Umschalter 57, die wie oben beschrieben aufgebaut sind, arbeiten, wie im Zusammenhang mit den Fig. 7B, 7C und 8 beschrieben wird: Wenn das Signal Z an die Eingangsklemme 58A-1 seinen Η-Pegel hat, dann wird zunächst dieses Signal an einen Eingang des UND-Tores 58A-10 über einen Inverter 58A-4 gelegt und direkt zu einem Eingang des UND-Tores 58A-6 geschickt.

Auf der anderen Seite wird es dem durch den Abfall des Z-Signals getriggerten monostabilen Multivibrators 58A-8 nicht gestattet, Ansteuerungsenergie abzugeben, und daher wird das Signal VB nicht erzeugt, wodurch die UND-Tore 58A-10 und 58_A-6 gesperrt werden.

Dem entsprechend sind die Q- und Q-Ausgänge des SR-Flip-Flops 58A-14 unbestimmt. Der monostabile Multivibrator 58A-2 wird ebenfalls nicht gekippt, so daß die UND-Tore 58A-15, 58A-16 beide gesperrt- werden, was verursacht, daß das NOR-Tor 58-12 ein Signal hohen Pegels abgibt. Dieses Ausgangssignal hohen Pegels steuert das Relais 58A-20 an. Als Ergebnis hiervon geht das VA-Signal an der Ausgangsklemme 58A-2.T nach Erde (Abschnittd, Fig. 8) .

Wie in Fig. 8, Abschnitt (a) gezeigt, fällt das Signal Z von einer höheren zu einer niederen Spannung, und dieser Abfall triggert den monostabilen Multivibrator 58A-8, der einen Impuls von der Dauer *· an der Q-KIemme erzeugt. Der Abfall dieses Impulses triggert dann den monostabilen Multivibrator 58A-12₇ wodurch ein Impuls der Dauer

^f- an der Q-Klemme erzeugt wird. Als Ergebnis hiervon erhält man das Signal VB ο

mit einer Dauer ^C ~ (Abschnitt (b) , Fig. 8) am Ende von ¹^₀ nach dem Abfall des Signals Z. Das Signal VB wird an die gemeinsamen Eingänge der UND-Tore 58A-10 und 58A-6 geschickt. Durch den Abfall des Signals Z wird dar monostabile Multivibrator 58A-3 ebenfalls getriggert und erzeugt so ein Ausgangs-S ig η al niederen Pegels der Dauer % , (> u_o + *· ) an der Q-Klemme.

Wenn das Signal Z auf seinem niederen Pegel bleibt, wird unter den obigen Umständen

12 174

folgende Wirkung ablaufen: Das Signal Z wird durch den Inverter 58A-4 invertiert und an einen der Eingänge des UND-Tores 58A-10 gelegt, um dieses feizugeben. Dem entsprechend wird das SR-Flip-Flop 58A-14 eingestellt und am Q-Ausgang entsteht einSignal mit einem hohen Pegel. Wenn am Ende der Dauer C das UND-Tor 58A-15 freigegeben wird, steuert ein Ausgangs-Signal hohen Pegels des UND-Tores 58A-15 das Relais 58A- 18 an und die Ausgangsklemme 58A-21 wird mit der positiven Klemme der Gleichspannungsquelle verbunden, wodurch sichergestellt wird, daß ein positives _r VA-Signal erhalten werden kann, wie dies durch die ausgezogene Linie im Abschnitt

( d ) der Fig. 8 gezeigt ist. Gleichzeitig hiermit wird das Relais 58A-20 abgeschaltet. Andererseits wird das UND-Tor 58A-6 gesperrt, wodurch verhindert wird, daß ein Signal hohen Pegels am Q-Ausgang des SR-Flip-Flops 58A-14 entsteht.

Während der Bewegung des Sub-Bildssnsors durch das VB-Signal oder Z-SENS ( im Abschnitt ( c ) , Fig. 8) geschieht es manchmal zufällig, daß das Z-Signal einen hohen Pegel annimmt, wie dies die gestrichelte Linie im Abschnitt ( a ) in Fig. 8 zeigt. Unter diesen Ums tänden wird das UND-Tor 58A-10 gesperrt und statt dessen wird ^ das UND-Tor 58A-6 leitend gemacht, so daß das SR-Flip-Flop 58A-14 zurückgestellt

wird. Dem entsprechend gibt die Q-Klemme einen Pegel mit einem hohen Signal ab, das senerseits das UND-Tor 58A-16 freigibt und dadurch das Relais 58A-19 ansteuert. Das Relais 58A-20 wird gleichzeitig abgeschaltet. Auf diese Weise erhält man ein negatives VA-Signal, wie dies die gestrichelte Linie in Abschnitt (d ) in Fig. 8 angibt, und zwar an der Ausgangsklemme 58A-21, die nunmehr mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle in Verbindung ist.

12 174

32

Es wird nunmehr die Wirkungsweise des Umschalters 57 beschrieben, der auf die so erzeugten Signale VA und VB anspricht. Die Wirkungsweise des D-Flip-Flops 57-4 wird vorausgehend kurz erläutert. Wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, erzeugt das D-Flip-FIop an seinen Q- und Q-Klemmen zwangsweise {eweils ein niederes und ein hohes Signal, wenn an seiner R-Klemme ein hohes Signal ansteht. Wenn auf der anderen Seite die R-Klemme einen niederen Signalpegel annimmt, dann wird die Information an der D-Klemme von der Q-Klemme als Funktion der Änderung vom niederen zum hohen Pegel an der C-Klemme erzeugt.

Wenn das an die Eingangsklemme 57-6 angelegte Z-Signal hoch ist und wenn das VB-Signal an der Eingangsklemme 57-1 nieder ist, wird das UND-Tor 57-5 freigegeben, so daß die R-Klemme des D-Flip-Flops auf einen hohen Pegel gebracht wird, so daß das niederpeglige Signal an der Q-Klemme das Relais 57-7 abschaltet und das an der Q-KIemme anstehende Signal hohen Pegels das Relais 57-8 ansteuert. Als Ergebnis hiervon wird das U-Signal an der Eingangsklemme 57-11 zu der Ausgangsklemme 57-10 geschickt, wodurch W = U sichergestellt wird.

Wenn weiterhin das Signal Z nieder und das Signal VB hoch ist, ändert sich die Spannung an der R-Klemme des D-Flip-Flops zu einem niederen Pegel hin , und zur gleichen Zeit ändert die C-Klemme ihre Spannung von nieder nach hoch, so daß die Q-Klemme den hohen Pegel entsprechend dem positiven Anschluß der Gleichspannungsquelle annimmt. Dieses Signal hohen Pegels, welche für die Information an der D-Klemme repräsentativ ist, steuert das Relais 57-7 an und das vom Suchsignalgenerator 58A erzeugte VA-Signal wird zur Ausgangsklemme 57-10 geschickt.

12 174 .::. ./ 33°'

Gleichzeitig wird das Relais 57-8 geöff_net·

Wenn darüber hinaus synchron mit dem VB-Signal das Z-Signal eine hohe Spannung einnimmt, wie dies mit der gestrichelten Linie im Abschnitt ( a ) in Fig. 8 gezeigt ist, dann wird die Spannung an der R-Klemme des D-Flip-Flops nieder und das Relais 57-7 wird geschlossen, und zwar gleichzeitig mit dem Öffnen des Relais 57-8 , so daß das negative VA-Signal - wie dies durch die gestrichelte Linie im Abschnitt ( d ) (~s*^ in Fig. 8 gezeigt ist - mit der Ausgangskiemme 57-10 verbunden wird.

Anhand der Fig. 9 wird nun beschrieben, welcher Zustand sich aus der Erzeugung des Suchsignals VB ergibt. Als Vorbereitung für die Beschreibung sind die Zustände , in denen das VB-Signal nicht erzeugt wird, in den Abschnitten ( a ) und ( b) in Fig. gezeigt. Fig. 9 zeigt im Abschnitt (a ) einen korrekt focussierten Zustand. Das Haupt-Bildsensorsignal P wird vom Spitzenpunkt des Grads der Bilddefinition hinter der Linse 112 abgeleitet und die Sub-Bildsensorsignale Q und R werden von den Punkten vor und hinter dem Spitzenpunkt abgeleitet. Dieser Zustand entspricht dem Zustand Il der Tabelle 1. So wie der Gegenstand der Kamera sich annähert - wobei die Linse in dem soeben oben beschriebenen Zustand gehalten wird - bewegt sich die Kurve für den Grad der Bilddefintion nach rückwärts, wie dies durch eine ausgezogen gezeichnete KurveQ} in Abschnitt ( b ) in Fig. 9 angedeutet ist,und die Positionen der Haupt- und Sub-Bildsensoren bleiben unverändert. Dem entsprechend nehmen die Signale PQ, R eine Beziehung an, wie sie im Zustand I der Tabelle 1 dargestellt jst. In diesem Fall wird der Autofocussiervorgang des Systems auf die gleiche Weise bewirkt, wie dies schon im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig.

beschrieben worden ist. Als Ergebnis des Focussiervorgangs wird die Linse 112 vorwärts bewegt und in eine Lage gemäß der gestrichelten Linie gebracht. Dem entsprechend wird die Kurve für den Grad der Bilddefinition in eine Position entsprechend der Kurve ζ2) bewegt, die gestrichelt gezeichnet ist. Damit nimmt das Bilddefinitions-Signal P des Haupt-Bildsensors seinen Maximalwert an. Der oben beschriebene Vorgang beruht auf dem gleichen Prinzip, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben worden ist. Es stellt den Focussiervorgang unter der Bedingung dar, bei der Z = H befriedigt wird.

Es wird nunmehr die Hauptsache beschrieben, d.h. den Autofocussiervorgang, der durchgeführt werden muß, wenn Z = L befriedigt ist und dem entsprechend das Such-Signal VB abgegeben wird. Dieser Zustand entspricht dem Zustand IV der Tabelle In diesem Fall liegen die Haupt- und Sub-Bildsensoren außerordentlich weit vom Spitzenpunkt der Bilddefinitionskurve entfernt, die im Abschnitt ( c ) von Fig. 9 durch eine ausgezogen gezeichnete Linie {\J dargestellt ist. Es gilt daher P ~Q ^ R ^O und es wird verhindert, daß ein Focussier-Signal auftritt. In diesem Zustand werden die beiden Sub-Bildsensoren durch das Suchsignal angetrieben, und zwar in die Richtung weg von der Linse 112, wie dies schon beschrieben worden ist. Als Ergebnis hiervon erhält man aus dem vorderen Sub-Bildsensor 31 ein Signal Q und

ein Signal R aus dem hinten liegenden Sub-Bildsensor 41. In diesem Zustand sind a

die folgenden Verhältnisse befriedigt:

F (P, Q , R ) > a , und X = H a a

Dem entsprechend ist Z = H befriedigt, wie dies aus der Tabelle 1 hervorgeht.

Dieser Zustand ist im Signal Z von Fig. 8 gestrichelt dargestellt. Da der Umschalter

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durch das Suchsignal VB daran gehindert wird, das Signal Z zu empfangen, verursacht er keinerlei Bewegung, selbst wenn Z = H gilt. In anderen Worten: Der Schalter bleibt in seinem Ausgangszustand, so daß die Bedingung W = VA verwirklicht wird ( VA ist im Abschnitt ( d ) in Fig. 8 gezeigt ) , wenn Z=L befriedigt ist. Es tritt daher weiterhin das Signal für Z = H auf, bis das VB-Signal automatisch auf seinen Ausgangspegel zurückkehrt und die zwei Sub-Bildsensoren in ihre Ausgangslagen zurückkehren, nachdem die festgelegte Zeitperiode abgelaufen ist.

Wie dies durch ein Z-SENS-Signal im Abschnitt ( c ) in Fig. 8 angezeigt ist, prüft der Suchsignalgenerator 58A unter Verwendung einer bestimmten Zeitlänge, die sich in der Dauer des VB-Signals befindet, ob der Zustand Z = L existiert hat oder ob innerhalb dieses Zeitinvervalls die Bedingung Z = H bestanden hat. Im oben beschriebenen Zustand hat die Bedingung Z=H existiert. Wenn der Zustand Z = H besteht, entsteht ein negatives VA-Signal, wie dies gestrichelt im Abschnitt ( d ) in Fig. 8 gezeichnet ist, und zwar nachdem das Suchsignal VB geendet hat. Da W = VA befriedigt ist, wird die negative Spannung der Linsenantriebseinheit 61 zugeführt und die Linse 112 wird in eine Stellung vorwärts bewegt, die im Abschnitt ( c ) inFig. 9 gestrichelt dargestellt ist. Als Ergebnis hiervon beginnt die Bilddefinitionskurvefjjsich in die gleiche Richtung wie die Linse 112 zu bewegen.

Nachdem nun das Ende des Suchsignals VB bereits eingetreten ist, beginnt der Umschalter 56 das Signal Z zuzulassen. Die Sub-Bildsensoren sind bereits in ihre Ausgangsstellungen zurückgekehrt und der Ursprungszustand von Z=L unter der Bedingung P™ Q^R - 0 wurde bereits wieder eingenommen. Zu diesem Zeitpunkt

hat die Linse 112 bereits begonnen, sich unter der Steuerung des VA-Signals nach vorne zu bewegen. Die Signale P, Q und R sind gerade dabei, den scharf abgeknickten Teil der Kurve Q)zu erreichen, der im Abschnitt ( c ) von Fig. 9 gezeigt ist, und zwar nach dem Ablauf einer bestimmten Zeitspanne.Es entstehen dann Pegeldifferenzen in den drei Bilddefinitionsgraden P , Q und R. Zu dem Augenblick, an dem diese Pegeldifferenzen auftreten, werden die folgenden Bedingungen angenommen:

F (P , Q, R )> α und Z = H

Dem entsprechend nimmt der Umschalter 57 den Zustand W = U an und danach beginnt unter der Steuerung des Focussier-Steuersignals U die Linse 112 , sich in die richtige Focussiersrellung zu bewegen. Sie erreicht schließlich diejenige Linsenstellung, die im Abschnitt ( c ) der Fig. 9 gestrichelt dargestellt ist, sowie die Stellung der Bild- . definitionskurve, welche durch die Kurve ^) gestrichelt dargestellt ist, wodurch der Focussiervorgang abgeschlossen wurde.

Der Fall, bei dem der Brennpunkt in einer Richtung entgegengesetzt zum eben beschriebenen Fall auswandert, ist im Abschnitt ( d ) von Fig. 9 gezeigt. In diesem Fall focussiert die Linse 112 das Objekt in der naheliegendsten Stellung, während das wirkliche Objekt, das fotografiert werden soll, sich in unendlicher Entfernung befindet. In diesem Fall ist die Bilddefinitionskurve Qj deutlich in Vorwärtsrichtung von den Haupt- und Sub-Bildsensoren ausgewandert. Dem entsprechend sind die Bilddefinitionssignale P, Q und R unveränderlich klein .und die Bedingung Z = L existiert. In diesem Falle ist die Lagebeziehung zwischen den Haupt- und Sub-Bildsensoren und der Kurve Q) der Bilddefinition entgegengesetzt zu derjenigen, die im Falle des

146387

12 174 „:".·-. 3Z .:·

Abschnitts ( c ) in Fig. 9 existiert hat. Damit bleibt die Bedingung P^Q ⁴^R

a a

und die Bedingung Z = L erhalten, und zwar selbst dann, wenn die zwei Sub-Bildsensoren in einer Richtung weg von der Linse 112 bewegt worden sind, und zwar durch das Auftreten des Suchsignals VB. Der Pegel des Signals Z ist in diesem Fall in Fig. 8 durch eine ausgezogene Linie angedeutet. Wenn der Pegel des Signals Z während des Vorhandenseins des VB-Signals durch das Signal Z- SENS festgestei, ' ^J dann dann erhält man das Ergebnis Z = L während dieser ganzen Dauer. Das dementsprechend C^q. erzeugte VA-Signal hat daher eine Plus-Polarität, wie dies ausgezogen in Fig. 8

gezeichnet ist. In diesem. Fall wird die Linse 112 zum rückwärtigen Ende hin bewegt, und dementsprechend wird die Bilddefinitionskurve Qj nach rückwärts bewegt. Nach dem Ende einer bestimmten Zeitspanne entstehen Pegeldifferenzen zwischen den Signalen P, Q und R. Zu diesem Zeitpunkt wird die Bedingung Z = H eingenommen. Nach diesem Punkt wird der Focussiervorgang vollends auf einem Wege vollendet, der bereits beschrieben ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Länge schlichtwegs zur Linse 112 durch das

Bewegen der Sub-Bildsensoren31, 41 verändert. Das gleiche kann auch mit anderen Methoden verwirklicht werden. Zum Beispiel ergibt in der Abwandlung nach Fig. 10 die Einfügung einer bikonvexen Linse 12C in den Lichtpfad, der vom einen Strahlteiler 12A zum anderen Strahlteiler 12B läuft, im wesentlichen die gleiche Wirkung, die dadurch erreicht wird, indem man die Sub-Bildsensoren 31, 41 rückwärts bewegt. Wenn die bikonvexe Linse 12C in eine Stellung zurückläuft, die gestrichelt in Fig. 10 dargestellt ist, dann kehren die Sub-Bildsensoren 31, 41 in ihre ursprünglichen optischen Stellungen zurück. Der Mechanismus zur Bewegung der bikonvexen Linse 12C

12 174 ■ 3 U 63

kann der gleiche sein wie der Mechanismus zur Bewegung der Sub-Bildsensoren aus dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7. Einen ähnlichen Effekt kann man erzielen, indem man eine bikonkave Linse oder eine planparallele Glasplatte in den Lichtstrahl legt, der zwischen den Strahlteilern 12A und 12B verläuft. Die wesentliche Forderung in diesem Fall ist, daß die Länge des Lichtstrahls von der Linse 112 von einem oder beiden der Sub-Bildsensoren 31, 41 variiert werden können soll.

Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 7 und 10 sollte das Maß, um das die Länge der Lichtstrahlen variiert werden kann, groß genug sein, so daß jede Änderung des Lichtwegs innerhalb des festgelegten Bereichs erkennbare Änderungen in den Signalen Q und R erzeugt.

Wie oben beschrieben, gestattet das erfindungsgemäße System die hochgenaue Focussierung, ohne daß diese wesentlich durch die Art, Stellung, Leuchtkraft, Kontrast und Bewegung des zu fotografierenden Objekts beeinflußt wird. Das Sysfem eignet sich deshalb ausgezeichnet, um in Fernsehkameras als Focussiervorrichtung verwendet zu werden.

Fig. 11 zeigt ein Blockschaltbild eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels. Wie dargestellt, liegen im Lichtweg einer Kameralinse 11, die ein Bild entwerfendes optisches System darstellt, eine Blende 13, ein zentral abbiegender Strahl fei ler 12 und ein Hauptbildsensor 21. Auf derjenigen Seitedes Lichtwegs, der vom Strahlfeiler abgetrennt ist, sind Sub-Bildsensoren 7A, 7B vorgesehen, die um eine bestimmte Entfernung voneinander entfernt sind und auf einer Basis 6 sitzen, die in der Lage ist,

_nm 31/,6 38 7

um einen Schwenkpunkt 84 zu schwenken. Die Kameralinse Π wird durch eine Antriebseinheit 61 angetrieben, so daß man die Focus-Stellungen relativ zu den Bildsensoren 21, 7A und 7B ändern kann. Auf der anderen Seite wird die Basis 6 an ihrem einen Ende durch eine Antriebseinheit 100 vermittels einer Transmissionseinheit angetrieben. Dementsprechend wird der Winkel der Basis 6 relativ zum Strahlteiler 12 gesteuert und die Richtungen der optischen Achsen der Sub-Bildsensoren 7A , 7B - vom Strahl teiler 12 aus betrachtet - werden dementsprechend geändert.

Wie in den oben bezeichneten Ausführungsbeispielen wird das Signal aus dem Haupt-Bildsensor 21 mit Hilfe einer Reihe Schaltungen verarbeitet, und zwar einschließlich eines Hochpaßfilters 22, eines Tors 23, eines Detektors 24 und eines Tors 25, so daß man ein Definitions-Signal P schafft. Das Signal aus dem Sub-Bildsensor 7A wird durch eine Reihe weiterer Schaltungen verarbeitet einschließlich eines Hochpaßfilters 22a, eines Tors 23a, eines Detektors 24a, wodurch man ein Definitions-Signal Q erzeugen kann, und das Signal aus dem Sub-Bildsensor 7B wird durch eine Reihe von Schaltungen verarbeitet einschließlich eines Hochpaßfilters 22b, eines Tores 23a und eines Detektors 24b, woraus man ein Definitions-Signal R erhält. Die Signale P, Q und R werden einem Kontroller 500 zugeführt. Mit der Antriebseinheit 100 ist ein Positionsdetektor 120 verbunden, der ein Positionssignal 0 erzeugt, das die optischen Stellungen der Sub-Bildsensoren 7A, 7B entsprechend der Neigung der Basis 6 anzeigt. Die Sub-Bildsensoren 7A, 7B werden unter der Steuerung der Antriebseinheit 100 in entgegengesetzte Richtungen bewegt, d.h. einer der Sensoren wird von der vorderenSeite des Brennpunktes zum richtigen Focussier-Zuiand und der andere von der rückwärtigen Seite des Brennpunkts zum Focussier-Zustand bewegt.

Die auf ein Minimum gebrachte Entfernung zwischen den beiden Sensoren - vom Strahlteiler 12 aus gesehen - wird auf eine Länge festgelegt, die größer ist als die Brennweite der Kameralinse 11. Vorzugsweise ist die Entfernung etwa das Zehnfache der Brennweite. In diesem Zusammenhang wird der Schwenkwinkel der Basis 6 so beschränkt, daß die Entfernung nicht unter die oben erwähnte minimale Entfernung fällt. Die Anordnung dieser Teile ist so, daß das Positions-Signal von 0 abgegeben ist, wenn die Entfernung auf diese minimale Länge abgesunken ist.

Ein in dem Kontroller 500 vorhandener Funktionsgenerator 501 empfängt die Definitionssignale P, Q und R und erzeugt eine Funktion F, die wie folgt definiert ist: F(P, Q, R) = (P-Q)² + (P-R)²

Ein Subtrahierer 502 berechnet die Differenz zwischen den Signalen Q und R , die gleich Δ (Q/ R) ist. Eine logische Operationseinheit 503 beurteilt diese Bedingungen, wie sie durch die Formeln (1 ) und (2) im Hinblick auf F (P, Q, R) und A(Q, R) ausgedrückt sind.

Die logische Operationseinheit 503 gibt ein Signal C ab, das das Ergebnis der obigen Abschätzung darstellt. Als Ergebnis hiervon erzeugt ein Steuersignalgenerator 504 Steuersignale A, B. Die unterschiedlichen Bedingungen, unter denen das Positionssignal 0 aus dem Positionsdetektor 120, der Ausgang F aus dem Funktionsgenerator 501 und der Ausgang A aus dem Subtrahierer 502 auftreten kann, ist in Funktionsausdrücken gezeigt, wie sie in den Zuständen 1 bis 5 in der Tabelle 2 klassifiziert sind.

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Tabelle 2

\. Zustand	S	1	2	3	4	a b	5	a b (2fo
Ausgan)	A B	F >a Δ> b 0: willkürlich ._	F < a 0: wiilkürlich .	F ^a Λ <_b 0: willkürlich '	F > Δ < 0 =		F > 0 =
Ausgang Ausgang	O Q-R	O Q-R	H O	L O	O O

In der Tabelle 2 sind H und L binäre logische Werte und L stellt z. B. ein negatives Signal und H stellt ein positives Signal dar.

Insgesamt gesehen wird daher der folgende Steuerablauf durchgeführt:

Die äquivalente optische Beziehung zwischen der Kameralinse 11 und den Bildsensoren 21, 7A, 7B ist in Fig. 12 dargestellt. Es sei angenommen, daß die Kameralinse 11 sich von einer Stellung ( A ) in eine Stellung (B) bewegt und daß die Entfernung zwischen den Sub-Bildsensoren 7A und 7B ein Minimum ist, wenn die Linse in der Stellung A ist und ein Maximum ist, wenn sie in der Stellung B ist. Wenn die Linse in der Stellung A ist, dann wird ein Objekt, das die kleinste Entfernung hat, auf dem Haupt-Bildsensor 21 scharf abgebildet und ein Gegenstand mit unendlicher Entfernung wird im Punkt M scharf abgebildet. Wenn die Kameralinse 11 in die Stellung ( B ) bewegt wird, dann wird der Gegenstand aus unendlicher Entfernung auf der Oberfläche des Haupt-Bildsensors 21.scharf abgebildet und der Gegenstand mit der kleinsten Entfernung wird im Punkt N scharf abgebildet. Es wird daher Jeder Gegenstand, der zwischen der kleinsten Entfernung und unendlich liegt, in einem Punkt scharf abgebildet, der zwischen dem Punkt M und dem Punkt N liegt, unabhängig von der Lage der Kameralinse 11.

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Wenn in diesem Falle der Gegenstand richtig auf der Oberfläche des Hauptbildsensors 21 scharf abgebildet wird, dann nimmt das Definitions-Signal P einen Maximalwert ein, so daß die Beziehung Q = R<P befriedigt ist. Dem entsprechend werden folgende Bedingungen befriedigt:

F (P, Q, R ) 5 (P - Q)² + (P - R) ² > a

Es liegt daher der Zustand 4 oder Zustand 5 aus Tabelle 2 vor. Wenn in diesem Fall die Bedingung P = 0 befriedigt ist, d.h., wenn die Entfernung zwischen den Sub-Bildsensoren 7A und 7B ein Minimum ist, tritt die Beziehung A = B = O auf. Im Zustand sind daher beide Steuersignale A und B gleich 0.

Dem entsprechend werden die Antriebseinheiten 100, 61 gestoppt, an welche über den Handumschalter 71 diese Steuer-Signale direkt oder indirekt angelegt werden.

Wenn unter der allgemeinen Bedingung Qi = ($ der Zustand 4 eingenommen wird, und die Kameralinse 11 gestoppt wird, weil die Bedingung B = O vorliegt, dann wird die Antriebseinheit 100 unter der Bedingun g A= L gesteuert und die Sub-Bildsensoren 7A und 7B werden in eine den Zwischenabstand herabsetzende Richtung bewegt. Nachdem die Bedingung 0 — 0 eingetreten ist, werden sie gestoppt , und zwar wegen des Zustands V.

Im Gegensatz hierzu werden in einem falsch focussierten Zustand die Zustände 1 oder 2 eingenommen und das System führt unterschiedliche Operationen durch. Letztlich wird jedoch der Zustand 5 eingenommen und das System wird wegen des

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unten beschriebenen Ablaufs gestoppt. Es sei nun angenommen, daß die Sub-Bildelemente 7A und 7B in Lagen (Al) und (A2) positioniert seien und der Gegenstand nahe des Sub-Bildsensors TA scharf abgebildet ist. In diesem Fall und weil die Focussierbedingung in einer ziemlich weit vorne liegenden Position erfüllt ist, tritt die Beziehung Q > P > F

auf und die Unterschiede zwischen diesen Werten sind groß. Es werden dadurch die folgenden Bedingungen befriedigt:

F > α und A > b ( 12 )

Dem enfeprechend ist der Zustand 1 eingetreten und die Entfernung zwischen den Sub-Bildsensoren TA und TB bleibt unverändert, und zwar wegen der Bedingung A = O. Die Kameralinse 11 wird jedoch durch die Bedingung B = Q-R gesteuert und wird In die Richtung der Stellung (B) bewegt, weil die Bewegung (Q - R)> 0 gilt.

Als Ergebnis hiervon wird der Brennpunkt ebenfalls nach rechts in der Darstellung bewegt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Brennpunkt mit der Oberfläche des Haupt-Bildsensors 21 zusammen fällt, wird der Zustand 4 oder der Zustand 5 eingenommen. Das System stoppt, wenn während des oben erwähnten Ablaufs der Focussierzustand erreicht ist.

Falls die Sub-Bildsensoren 7A und 7B in der gleichen Weise angeordnet sind und der Brennpunkt nahe dem Sub-Bildsensor TB in der Stellung (A2) liegt, liegen zwar die Bedingungen der Formel (12) vor, aber die Bedingung B=Q-R^O besteht. Dem entsprechend wird die Kameralinse in die Richtung von (B) nach (A) gesteuert und der Brennpunkt stoppt diesmal zu dem Zeitpunkt, zu dem er mit der Oberfläche des Haupt-Bildsensors 21 zusammen fällt.

Im Zustand 2 und Zustand 3 existiert die Bedingung F- a, d. .h. die Bedingung

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P - Q^R . Diese Bedingung zeigt an, daß die Sub-Bildsensoren 7A und 7B in den Positionen (Al) und (A2) sind und der Brennpunkt nahe dem Punkt M oder N Hegt« In diesem Fall liegen zwei Möglichkeiten vor:

Die erste Möglichkeit besteht unter der Bedingung A (Q, R) > b. Diese gilt dann, wenn eine - auch lediglich kleine - bemerkbare Differenz zwischen den Definitions-Signalen Q und R vorliegt. In diesem Fall wird der Zustand 2 eingenommen und die Kameralinse 11 wird in die richtige Richtung gesteuert und in die richtige Focussierstellung unter der Bedingung B = Q-R gebracht.

Die zweite Möglichkiet tritt unter der Bedingung ^ (Q, R) = b auf, die dem Zustand entspricht. In diesem Falle liegt eine bemerkbare Abweichung vom korrekt focussierten Zustand vor und es tritt keine erkennbare Differenz zwischen den Definitions-SignaIen P, Q und R auf, wodurch der Steuervorgang nicht durchführbar ist. Die Steuerung der Kameralinse 11 wird gestoppt, weil die Bedingung B = O vorliegt und die Entfernung zwischen den Sub-Bildsensoren 7A und 7B wird statt dessen durch die Bedingung A=H gesteuert. Im entgegengesetzten Zustand 4 wird ihre Entfernung auf die Stellungen (Bl) und (B2) vergrößert.

Dem entsprechend nähert sich einer der Sub-Bildsensoren 7A und 7B dem Brennpunkt in der Nachbarschaft des Punktes M oder des Punktes N, so daß die Bedingung ^> b befriedigt wird, mit dem Ergebnis, daß der Zustand 1 oder der Zustand 2 erzielt wird und man nähert sich dem focussierten Zustand auf dem oben beschriebenen Weg.

Es sei jedoch daraufhingewiesen, daß in diesem Fall die Focussiergenauigkeit

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verschlechtert wird, wenn der Abstand zwischen den Sub-BiIdsensoren 7A und 7B groß ist. Anders ausgedrückt: Wenn man den korrekt focussierten Zustand beim Haupt-Bildsensor 21 erzielt und die Definitions-Signale Q und R durch die Sub-BiIdsensoren 7A und 7B verglichen werden, dann steigt die Anforderung an die Ergebnisse des Vergleichs, die man bei einem kleinen Fehler erhält, proportional mit dem Kleinerwerden der Entfernung zwischen den zwei Sensoren.

- Wie oben beschrieben tritt ein ziemlich großer Focussierfehler auf, wenn die Ent-

fernung zwischen den Sub-Bildsensoren 7A und 7B groß ist. Diese Tatsache zeigt an, daß der Zustand 4 eingetreten ist. Wenn die Entfernung unter der Bedingung A=L kleiner zu werden beginnt und die Differenz zwischen den Definitions-Signalen Q und R festgestellt ist, dann ändert sich der Zustand 4 in den Zustand 1. Dem entsprechend wird die Entfernungsänderung zeitweise gestoppt und die Stellung der Kameralinse wird durch die Bedingung B = Q-R gesteuert. Die Feineinstellung des Brennpunkts wird weiter fortgesetzt, bis man keinen Unterschied mehr zwischen Q und R feststellt. Dann tritt die Bedingung Q - b auf , und der Zustand 1 schlägt wieder in den Zustand 4 um. Der oben beschriebene Ablauf wird wiederholt, bis im Zustand 5 die endgültite Konvergenz auftritt.

Fig. 13 ist ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung. In diesem Fall hat der Strahlteiler 12 eine ebene Oberfläche. Abgesehen davon wird nur ein Sub-Bildsensor 7 verwendet, der längs eines Lichtstrahls 110 hin und her bewegt werden kann.Dieser Sub-Bildsensor wird durch eine Antriebseinheit angetrieben. In einer Stellung (Cl) nimmt der Sub-Bildsensor 7 eine vordere Stellung ein

und ein Definitions-Signal Q wird erzeugt. In einer Stellung (C2) nimmt der Sub-Bildsensor 7 eine rückwärtige Stellung ein und ein Definitions-Signal R wird erzeugt. Die beiden Signale Q und R werden wechselweise durch einen Auswahlschalter 310 ausgewählt, der gemäß der Wirkungsweise der Antriebseinheit 100 gesteuert wird und das ausgesuchte Signal wird dann einem Kontrol ler 500 zugeschickt.

Dem entsprechend wird die Focussiersteuerung gleich ausgeführt wie im Ausführungsbeispiel von Fig. 11. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird jedochde Hin- und Herbewegung des Sub-Bildsensors 7 durch ein Steuersignal A gesteuert. Ein Signal enhsprechend demjenigen des Steuersignals wird von einem Stellungsdetektor 120 als Positions-Signal 0 abgegeben. In den Ausführungsbeispielen der Fig. 11 und 13 ist es im Hinblick auf die Beziehung zwischen dem Haupt-Bildsensor 21 und den Sub-Bildsensoren 7, TA und 7B wünschenswert, den Haupt-Bildsensor 21 optisch im Zentrum anzuordnen und die Sub-Bildsensoren TA und 7B mit gleichem Abstand vor und hinter diesem Zentrum anzuordnen, oder aber es dem Sub-Bildsensor 7 allein zu ermöglichen, von diesem Zentrum aus um die gleiche Entfernung nach vorne und hinten sich zu bewegen, damit der Hauph-Bildsensor 21 automatisch den richtig foe ussier ten Zustand unter der Bedingung Q = R einnimmt.

Wenn die oben erwähnte Bedingung gleicher Entfernung nicht erfüllt ist, dann kann man den Zustand, in dem die richtige Focussierung eintritt, elektrisch unter der Bedingung Q=R erzielen, indem man die Verstärkungsgrade der Schaltungen für die Ausgänge Q und R aus den Sub-Bildsensoren 7, 7A und 7B justiert.

Claims (11)

1. 3U6387

   PATENTANWALT DIPL. -ING..:Ü.L'UJ^;CH.:KlNI<iUNJ„ Sindelfingen -Auf dem Goldberg-Weimarer SiT. 32/34-Telefon 07031/86501

   Telex 7265509 rose d

   20. November 1981 12 174

   Patentansprüche:

   .J Autofocus-System, bei dem die Bilddefinition eines aufgenommenen Objekts durch Biidsensorvorrichtungen festgestellt wird, die im Lichtweg eines bildentwerfenden optischen Systems liegen und unter Umwandlung in elektrische Signale und die bildentwerfende Lage des bildentwerfenden optischen Systems unter Verwendung der elektrischen Signale gesteuert wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: Ein Haupt-Bildsensor und mindestens ein Sub-Bildsensor ist in einer vorbestimmten optischen Lagebeziehung zum Haupt-Bildsensor angeordnet, wobei der Haupt-Bildsensor und die Sub-Bildsensoren als die Biidsensorvorrichtungen verwendet werden. Eine Umwandlungsvorrichtung zur Umwandlung der Bilddefinition aus jedem der Sensoren in ein elektrisches Signal ist an den Haupt-Bildsensor angeschlossen. Es sind Steuervorrichtungen zur Abschätzung des focussierten Zustandes des bild— entferfsnden optischen Systems mit Hilfe einer bestimmten arithmetischen Operation vorgesehen, die mindestens mit diesen elektrischen Signalen durchgeführt wird unter Erzeugung - gemäß den Ergebnissen dieser Abschätzung - eines Steuersignals zur Einstellung mindestens der bildformenden Stellung dieses bildformenden optischen Systems.
2. 2. Autofocus-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtstrahlteiler zwischen dem bildformenden optischen System und dem Haupt-Bildsensor

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   angeordnet ist und daß die Sub-Bildsensoren in Lichtwegen angeordnet sind, die von der Aufteilung durch die Strahlteiler herrühren , und zwar in optisch vor und hinter dem Haupt-Bildsensor liegenden Stellungen_/ wobei die bildformende Stellung des bildformenden optischen Systems durch das Steuersignal gesteuert wird.
3. 3. Autofocus-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen

   dem bild Formenden optischen System und dem Haupt-Bildsensor ein Lichtstrahlteiler

   angeordnet ist, daß ein einzelner Sub-¹ Bildsensor vorgesehen ist, der das vom Strahlst,...

   teiler abgezweigte Licht empfängt und längs dieses Lichtstrahls beweglich ist, daß elektrische Signale erzeugt werden, die für die unterschiedlichen Bilddefinitionen zu unterschiedlichen Stellungen des Sub-Bildsensors repräsentativ sind, wobei die bildformende Stellung des bildformenden optischen Systems durch das Steuer-Signal gesteuert wird.
4. 4. Autofocus-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem bildformenden optischen System und dem Haupt-Bildsensor ein Lichtstrahl teiler

   ^ ■*"" vorgesehen ist, daß ein erster Sub-Bildsensor vorgesehen ist, der längs des

   vom Strahlteiler abgezweigten Lichipfads beweglich ist, und zwar vom Haupt-Bildsensor aus gesehen in einer optisch vorne liegenden Stellung, daß ein zweiter Sub-Bildsensor vorgesehen ist, der längs des Lichtpfads des abgeteilten Lichts beweglich ist , und zwar vom Hauph-Bildsensor aus gesehen in einer optisch hinten liegenden Stellung, wobei die bildformende Lage des bildformenden optischen Systems und die Bewegung der Sub-Bildsensoren durch dieses Steuer-Signal gesteuert werden.
5. 5. Autofocus-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlteiler zwischen dem bildformenden optischen System und dem Haupt-Bildsensor vorgesehen ist, daß erste und zweite Sub-Bildsensoren zum Empfang des vom Strahlteiler abgezweigten Lichts auf einer schwenkbaren Basis montiert sind und daß die Steuervorrichtung ein der Schwenklage entsprechendes Signal zusätzlich zu den elektrischen Signalen empfängt, wobei die bildformende Lage des bildformenden optischen Systems und die Schwenkbewegung durch das Steuersignal gesteuert werden.
6. 6. Autofocus-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem bildformenden System und dem Haupt-Bildsensor ein Lichtstrahl teiler vorgesehen ist, daß ein einziger Sub-Bildsensor zum Empfang des vom Lichtstrahl teiler abgespaltenen Lichts längs des Lichtstrahls beweglich angeordnet ist und elektrische Signale erzeugt, die den unterschiedlichen Bilddefinitionen an unterschiedlichen Stellungen repräsentativ sind, und daß die Steuervorrichtungen ebenfalls ein der Lage der Bewegung repräsentatives Signal empfangen, wobei die bildformende des bildformenden Systems und die Bewegung des Sub-Bildsensors durch das Steuer-Signal gesteuert werden.
7. 7. Autofocus-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Randbereich des Haupt-Bildsensors als Sub-Bildsensor verwendet wird, daß ein Lichtstrahl teiler zwischen dem bildformenden optischen System und dem Haupt-Bildsensor vorgesehen ist und daß der Sub-Bildsensor über ein Sub-optisches System vom Lichistrahlteiler abgespaltenes Licht erhält.
8. 8. Autofocus-System nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, daß das Suboptische System längs seiner optischen Achse beweglich ist,
9. 9. Autofocus-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Lichtstrahlteiler zwischen dem bildformenden optischen System und dem Haupt-Bildsensor vorgesehen sind, daß ein erster Sub-Bildsensor zum Empfang des vom ersten Lichtstrahlteiler abgetrennten Lichts dient und ein zweiter Sub-Bildsensor zum Empfang des vom zweiten Lichtstrahl teil er abgeteilten Lichts dient und diese beiden auf einer stationären Basis angeordnet sind ,und daß ein optisches Glied vorgesehen ist, das in den Lichtweg zwischen den ersten und zweiten Strahlteiler einschaltbar ist.
10. 10. Autofocus-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Eingangs-Signale für die Abschätzung des focussierten Zustands durch eine bestimmte arithmetische Operation durch diese Steuervorrichtungen eine Peg el Vergleichsfunktion des Bilddefinitionssignals verwendet werden, die von den Haupt- und Sub-Bildsensoren erzeugt werden und eine Pegelvergleichsfunktion der Bilddefinitionssignale verwendet wird, welch letztere von den Sub-Bildsensoren erzeugf werden.
11. 11. Autofocus-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuer-Signal wahlweise die Gestalt eines Focus-Steuersignais hat, das auf der Basis der Bilddefinitionssignale aus dem Sub-Bildsensor berechnet wird, wenn der focussierte Zustand innerhalb des Bereichs der Focus-Steuerung ist und ein Such-Signal zur Bewegung eines der bildformenden optischen Systeme und des Sub-Bildsensors,

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    wenn der focussierte Zustand außerhalb des Focus-Bereichs liegt, und zwar gemäß den Ergebnissen der Abschätzung des focussierten Zustandes.