DE3315590A1

DE3315590A1 - Autofokusregler fuer ein optisches instrument

Info

Publication number: DE3315590A1
Application number: DE19833315590
Authority: DE
Inventors: Takashi Yokosuka Kanagawa Nishibe; Shotaro Yokoyama
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd; Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1982-04-30
Filing date: 1983-04-29
Publication date: 1983-11-03
Also published as: JPS58189606A; DE3315590C2; US4659205A

Description

Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd.
2-2-1, Nagasaka, Yokosuka-shi, Kanagawa, Japan und

Fuji Electric Company Ltd.

1-1, Tanabeshinden, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa, Japan

Autofukusregler für ein optisches Instrument

Die Erfindung bezieht sich auf einen Autofokusregler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er beispielsweise für eine selbsttätige Scharfeinstellung bei einer Kamera verwendbar ist.

Unter den Verfahren zur Feststellung, ob ein Punkt in der Brennebene abgebildet wird, gibt es im wesentlichen zwei Arbeitsweisen, nämlich solche, die auf einer Dreieck bestimmung beruhen, und andere, die auf der Feststellung der Auflösung beruhen. Die entsprechenden Vorrichtungen können als Trigonometrie-Detektorschaltungen bzw. Unscharf e-Detektorschaltungen bezeichnet werden.

Bei der Dreieckbestimmung wird von einem Gegenstand reflektiertes Licht über unterschiedliche Lichtwege auf zwei getrennte Fotosensor-Reihen geworfen, die dem reflektierten Licht entsprechende Ausgangssignale erzeugen, welche einzeln die Abbilder des Gegenstands wiedergeben. Nach den Regeln der Trigonometrie kann der Abstand bis zum Gegenstand aus dem relativen Versatz der Gegenstandsabbilder in den beiden Fotosensorreihen bestimmt werden. Hierzu werden die Ausgangssignale der Fotosensoren in Übereinstimmung miteinander gebracht, indem das Gegenstandsabbild durch Bewegen eines einem der Fotosensorreihen zugeordneten optischen Systems verschoben wird. Die Entfernung zum Gegenstand kann dann aus der Weite und Richtung der Bewegung des optischen Systems bestimmt werden, wodurch der "fokussierte Punkt" entdeckt ist.

Durch die Erfindung sollen eine genaue Feststellung des fokussierten Punkts bzw. ein genauer Fokussiervorgang ermöglicht werden. Dies

wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichnete Erfindung erreicht, gemäß der zwei unterschiedliche Maßnahmen oder Skalen zum Feststellen des fokussierten Punkts oder zur Durchführung des Fokussiervorgangs angewandt werden. Das Risiko der Ausführung eines fehlerhaften Fokussiervorgangs kann somit ausgeschaltet werden, und außerdem kann aufgrund der Tatsache, daß ein erheblicher Teil des optischen Systems, der Fotosensorreihe und dergleichen für die beiden Detektoren zum Feststellen des fokussierten Punkts gemeinsam benützt werden können, ein derartiger Detektor einfach und relativ kompakt aufgebaut werden.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Grundsätze der Technik des Autofokussierens und auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Trigonometrie-Detektor zum Feststellen des fokussierten Punkts mit Hilfe der Dreieckbildung;

Fig. 2 bis 6 Diagramme zur Erläuterung von Unscharfe-Detektoren zur Feststellung des fokussierten Punkts aufgrund der Feststellung der Auflösung, nämlich

Fig. 2 einen Schaltplan zur Erläuterung der Schaltungsanordnung eines Umsetzelements,

Fig. 3 den Aufbau eines Systems unter Veranschaulichung der Beziehung zwischen einer Gruppe von Umwandler-Elementen und einem optischen System,

Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Feststellung der Auflösung,

Fig. 5 einen Blockschaltplan einer Schaltungsanordnung zur Feststellung einer Zeitdifferenz,

Fig. 6 eine Zeittafel der Signalverläufe zur Erläuterung des Betriebs der beschriebenen Vorrichtung;

Fig. 7 einen Blockschaltplan zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiols der Erfindung;

Fig. 8 einen Blockschaltplan zur beispielsweisen Erläuterung des Schaltungsaufbaus einer Motorsteuerschaltung;

Fig. 9 einen ein anderes Ausführungsbeispiels der Schaltung zur Motorregelung veranschaulichenden Blockschaltplan.

Fig. 1 zeigt schematisch das Prinzip eines Trigonometrie-Detektors zum Feststellen eines fokussierten Punkts. Der Detektor besteht aus Fotosensorreihen 101, 102, beim Beispiel nach Fig. 1 jeweils aus fünf Fotosensoren bestehend, auf die optische Abbilder 103, bzw. 104 projiziert werden, ferner aus Differenzverstärkern 105 und einem Addierer 106. Die optischen Abbilder 103, 104 sind Abbilder eines selben Gegenstands, dessen Licht über verschiedene Wege projiziert wird. Wenn durch Bewegung eines der optischen Systeme das betreffende Abbild die gleichen Fotosensoren trifft wie das andere Abbild, läßt sich aus der Stellung des optischen Systems nach den Gesetzen der Trigonometrie der Abstand des Gegenstands ermitteln. Hierfür wird gemäß Fig. 1 der Unterschied zwischen den den Fotosensorreihen 101, 102 entsprechenden Ausgangssignalen durch die Differenzverstärker 105 berechnet und die einzelnen Differenzwerte werden anschließend im Addierer 106 addiert. Ist der Addierer 106 so aufgebaut, daß er ein Ausgangssignal durch Subtraktion des Additionsergebnisses von einer vorgegebenen Spannung bildet, rn liefert er dann eine maximale Ausgangsspannung, wenn die Ausgangssignale der beiden Fotosensorreihen vollständig miteinander übereinstimmen. Die Entfernung wird also gemessen oder der fokussierte Punkt wird festgestellt durch das Ausmaß und die Richtung der Bewegung, bzw. durch die Stellung eines der optischen Systeme, wenn, wie beschrieben wurde, das Ausgangssignal des Addierers 106 durch Bewegen dieses optischen Systems auf ein Maximum gebracht worden ist.

Die Fig. 2 bis 6 zeigen einen Unscharfe-Detektor zum Feststellen des fokussierten Punkts durch Ermittlung der Auflösung.

Fig. 2 zeigt hierbei Schaltpläne von Schaltungsanordnungen von Umsetzerschaltungen oder -elementen, die im folgenden einfach als Umsetzerelemente bezeichnet werden, mit Fotosensoren, Kondensatoren und

dergleichen. Das einzelne Element weist eine Stromquelle 1, einen Fotosensor 2, einen Kondensator 3 mit einer Kapazität C, einen Inverter 4 mit einer Schwellenspannung V und einen Ausgang OUt auf. In der Schaltung nach Fig. 2ta) bilden die Stromquelle 1, der Fotosensor 2 und der Kondensator 3 eine Ladeschaltung. Der Fotosensor 2 läßt einen fotoelektrischen Strom i fließen, der der Helligkeit L des vom Objekt empfangenen Lichts zugeordnet, und zwar angenähert proportional ist. Der Fotosensor ist als Diode dargestellt, es gibt jedoch auch andere Möglichkeiten für Fotosensoren.

Diese Schaltung arbeitet wie folgt:

Zuerst wird der Kondensator 3 durch (nicht dargestellte) Einrichtungen entladen und seine Klemmenspannung V₁ wird auf Null oder ihren Anfangszustand reduziert. Dann wird damit begonnen, den Kondensator mit dem fotoelektrischen Strom i aufzuladen. Die Klemmenspannung des Kondensators 3 ist durch die Beziehung gegeben

V₁ = 1/C fidt;

Die Zeit t„, die verstreicht, bis die Spannung V. die Schwellenspannung V des Inverters 4 überschreitet, oder die Zeit, die verstreicht, bis das Ausgangssignal des Inverters 4 von "1" auf "0" umschaltet, wird gemessen. Sie ist das Ergebnis der Umwandlung der Beleuchtungsstärke oder Helligkeit L des auf den Fotosensor 2 auftreffenden Lichts in einen Zeitwert. Je mehr Licht oder je heller d^s Licht also ist, umso kürzer ist die Zeit t_fl, und je geringer die Helligkeit ist, desto länger ist die Zeit t„. Das Umsetzerelement mit der Schaltung nach Fig. 2(a) wandelt also das Licht in eine Binärspannung um und ergibt eine Zeitdauer oder Impulsbreite, die angenähert umgekehrt proportional der Helligkeit ist.

Das nach diesem Prinzip aufgebaute Umsetzerelement kann auch die Schaltungsanordnung nach einer der Fig. 2(b) bis (d) haben, die nach der selben Idee wie die Schaltung nach Fig. 2(a) arbeiten. Nach Fig. 2(b) ist jedoch die Reihenfolge des Anschlusses des Fotosensors 2 und des Kondensators 3 umgekehrt wie bei der Schaltung nach Fig. 2(a), und der Anfangszustand wird dadurch hergestellt, daß der

Kondensator 3 mit der Speisespannung V geladen wird. Der Fotostrom i wird anschließend dazu verwendet, den Kondensator 3 zu entladen, und es wird die Zeit t„ gemessen, die verstreicht, bis das Ausgangssignals des Inverters 4 von "0" nach "1" kippt. Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2(c) sind der Fotosensor 2 und der Kondensator 3 parallelgeschaltet und der Kondensator 3 wird auf seinen Anfangszustand durch die Speisespannung (V_nn) zurückgestellt, bevor er vom fotoelektrischen Strom i entladen wird, der in den Fotosensor 2 fließt. Hierbei wird die Zeit t_n gemessen, die verstreicht, bis das Ausgangssignal des Inverters 4 von "0" nach "1" umschaltet. Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2(d) sind der Fotosensor 2 und der Kondensator 3 in Parallelschaltung an die Stromquelle 1 angeschlossen und der Kondensator 3 wird zur Herstellung des Anfangszustands entladen, bevor er mit dem fotoelektrischen Strom i aufgeladen wird. Es wird die Zeit t„ gemessen, die verstreicht, bis das Ausgangssignal des Inverters 4 von "1" nach "0" umschaltet.

Der Unschärfe-Detektor zum Feststellen des fokussierten Punkts ist aus einer Vielzahl von derartigen Umsetzer-Elementen zusammengesetzt. Fig. 3 zeigt schematisch die Anordnung einer Gruppe von Umsetzerelementen.

Gemäß Fig. 3 sind Umsetzeranordnungen oder -Gruppen 5 aus nebeneinamderliegenden η einzelnen Umsetzerelementen 5.. bis 5 aufgebaut. Die Umsetzerelemente 5- bis 5 geben jeweilige Ausgangssignale O₁ bis 0 ab, die jeweils dem Ausgangssignal des Inverters 4 nach Fig. 2 entsprechen, so daß also ein Binärsignal mit den Werten "0" und "1" auftritt. Die bis zum Wechsel des Binärsignals verstreichende Zeit ist für die Elemente 5-, ..., 5 unterschiedlich, wie erläutert wurde, und ist angenähert umgekehrt proportional der von einem optischen System 6, das das Abbild des Gegenstands projiziert, aufgestrahlen Beleuchtungsstärke.

Es wird nun das Vorgehen beschrieben, nach dem der fokussierte Punkt mit Hilfe der Ausgangssignale der Umsetzeranordnung 5 festgestellt wird. Fig. 4 zeigt in graphischer Darstellung das Prinzip dieser Feststellung, wobei ein Beispiel einer Helligkeitsverteilung über die

die Umsetzeranordnung bildenden Fotosensoren dargestellt ist. Die Helligkeitsverteilung über die Anordnung 5 wird zur einfacheren Darstellung entsprechend Verteilungskurven 7, 7' angenommen. Obwohl zur Anzeige der von jedem der Fotosensoren der Umsetzeranordnung empfangenen Beleuchtungsstärke ein Stufendiagramm zweckmäßig wäre, von dem ein Teil gestrichelt eingezeichnet ist, wird zur Vereinfachung eine Liniengraphik angewandt. Die Verteilung der Beleuchtungsstärke leitet sich von dem vom Umsetzerelement oder Fotosensor gesehenen Abbild des Gegenstands ab, während die Bildauflösung der Form der Kurve entspricht. Da das außer Fokus befindliche Bild also unscharf ist, wird die auf jeden Fotosensor aufgestrahlte Helligkeit (L) gemittelt, so daß die Kurve flach wird, wie gestrichelt bei 7' in Fig. 4 eingezeichnet ist. Wird andererseits ein nahe der Fokussierung befindlicher Zustand hergestellt, so ist das auf den einzelnen Sensor auftreffende Licht vom Licht der anderen Sensoren getrennt, was zu einem zunehmend starken Kontrast und einer in Fig. 4 als durchgezogene Linie 7 eingezeichneten scharfen Kurve führt. Der fokussierte Zustand oder der Zustand mit der maximalen Resolution liegt vor, wenn die Kurve nach Fig. 4 am schärfsten, also mit maximalen Stufenunterschieden ist. Zur Feststellung dieses Zustande wird die Differenz &L zwischen dem maximalen und dem minimalen Helligkeitspunkt ermittelt und der fokussierte Zustand wird als derjenige definiert, bei dem AL gemäß dem Prinzip dieses Vorgehens ein Maximum ist.

Es wird also das Prinzip ausgewertet, daß im fokussierten Zustand der Kontrast des Abbilds eines auf die Fotosensoren projizierten Gegenstands ein Maximum darstellt. Da außerdem, wie beschrieben, beim vorliegenden Beispiel die Umsetzer-Anordnung oder -Gruppe 5 zum Umwandeln der Beleuchtungsstärke in Zeit angewandt wird, wird der Unterschied At zwischen der längsten Zeit t und der kürzesten Zeit

ΓΠ3.Χ

t . unter den Zeiten t, , t_o, ..., t bis zum Ausgang jedes min iz η

Umsetzerelements, anstatt des Helligkeitsunterschieds, aus At = t

- t . erhalten. Da At dem beschriebenen AL entspricht, kann der min

fokussierte Zustand so definiert werden, daß At am längsten ist.

Im folgenden wird anhand des Schaltplans einer Detektorschaltung nach Fig. 5 beschrieben, wie die Zeitdifferenz A,t ermittelt wird. Die Schal-

' ■' ^: ' '··· 33Ί5590

tungsanordnung nach Fig. 5 weist ebenso wie die Anordnung nach Fig. 3 die aus den Umsetzerelementen 5., ..., 5 bestehende Umsetzeranordnung 5 auf, weiterhin ein ODER-Glied 8, das bei Empfang eines Signals von einem der Ausgänge O₁, ..., O der Umsetzerelemente 5., ..., 5 ein Signal b abgibt, ein NAND-Glied 9, das bei Empfang von Ausgangssignalen der Ausgänge O₁, ..., O in der entsprechenden Konstellation ein Signal c abgibt, einen Oszillator 10, der einen Bezugstakt a abgibt, ein NAND-Glied 11, an das eingangsseitig die Signale a, b und c angelegt werden und das ein Ausgangssignal d abgibt, und einen Zähler 12, der die Impulse des Taktsignals a zählt, die sich mit dem Signal d überlappen.

Fig. 6 veranschaulicht anhand von Beispielen den Spannungsverlauf in der Schaltung nach Fig. 5. Hierbei wird angenommen, daß die Umsetzerelemente 5.., ..., 5 im Anfangszustand als Ausgangssignal "0" abgeben und durch den fotoelektrischen Strom nach "1" invertieren.

Zur Zeit t„ werden die Unisetzerelemente der Umsetzeranordnung 5 und der Zähler 12 durch (in Fig. 5 nicht dargestellte) Einrichtungen zurückgestellt und werden, wie in den Fig. 6(1) bis (5) gezeigt ist, die Ausgangssignale O₁, ...O der Umsetzerelemente auf "0" heruntergestellt, während der Inhalt des Zählers 12 ausgeräumt wird. Anschließend schaltet jedes der Umsetzerelemente b. , ..., 5 sein Ausgangssignal nach einer Zeit, die der auf das einzelne Element aufgestrahlten Beleuchtungsstärke proportional ist, von "0" auf "1" um. Invertiert beispielsweise als erstes das Element 5. in der Gruppe der Umsetzerelemente 5 mindestens zur Zeit t . sein Ausgangssignal 0. von "0" nach "1" (Fig. 6(3)), so wird das Ausgangssignal b des ODER-Glieds 8 gemäß Fig. 6(7) von "0" nach "1" invertiert. Schaltet dann als letztes schließlich auch das Element 5j der Umsetzeranordnung

5 von "0" nach "1" zur Zeit t um (Fig. 6(4)), so wird das

max

Ausgangssignal des NAND-Glieds 9 gemäß Fig. 6(8) von "1" auf "0" umgeschaltet. Fig. 6(6) zeigt das Ausgangssignals des Oszillators 10, nämlich das Taktsignal a, Fig. 6(7) das Ausgangssignal b des ODER-Glieds 8 und Fig. 6(8) das Ausgangssignal c des NAND-Glieds 9. Da sich das Taktsignal a und das Ausgangssignal d des NAND-Glieds 11

nur überlappen, wenn auch die anderen Eingangssignale b und c "1" sind, überlappen sich die Signale d und das Taktsignal a gemäß Fig. 6(9) nur während der Zeitspanne von t -_n bis t . Der Zähler 12 zählt die Taktirnpulse dieses Zeitraums und ergibt eine Information über die Zeitdifferenz At = t - t . . Das Zählergebnis wird in

max min °

Abhängigkeit vom Zustand des Signals c von einer Schaltung in der nächsten Verarbeitungsstufe abgelesen.

Wie sich aus dieser Beschreibung ergibt, kann das NAND-Glied 11 auch durch ein UND-Glied ersetzt werden und können auch solche Umsetzerelemente O₁, ..., 5 verwendet werden, deren Ausgangssignale von "1" nach "0" umschalten. Obwohl die Zeitdifferenz At nach Fig. 5 durch das Element 5., das sein Ausgangssignal als erstes umschaltet, und durch das Element 5., das unter den Umsetzerelementen 5-, ..., 5
sein Ausgangssignal als letztes umschaltet, bestimmt wird, wie es der Grundidee dieses Vorgehens entspricht, kann die Zeitdifferenz auch, unter Berücksichtigung der Rauschtoleranz, durch ein Umsetzerelement 5m, dessen Ausgangssignal als m-tes umschaltet, und ein Umsetzerelement 5p, dessen Ausgangssignal an p-ter Stelle vom Anfang her umschaltet, erhalten werden, und kann die Umsetzeranordnung oder Gruppe zweidimensional angeordnet sein.

Angesichts der Möglichkeit, das Prinzip, daß der Kontrast zwischen Hell und Dunkel bei fokussiertem Punkt am höchsten ist, auszuwerten, kann auch das folgende Vorgehen zur Anwendung kommen:

Werden die Ausgangssignale der η Fotosensoren oder Umsetzerelemente als V₁, V„, .... V geschrieben und beträgt ihr Mittelwert V , so

J. it Π el

kann die Standardabweichung folgendermaßen angegeben werden:

J-. 1 J₁ (Vi- Va)²

Ist das Bild defokussiert, wie in Fig. 4 durch den gestrichelten Linienzug 7' dargestellt ist, gibt es nur wenig Änderungen des

Mittelwerts V , so daß die angegebene Standardabweichung klein wird, a

Nähert sich andererseits der besprochene Zustand der Fokussierung, so wird die Abweichung vom Mittelwert V höher, wie es der Kurve 7 in

Fig. 4 entspricht, so daß ein fokussierter Punkt dadurch festgestellt

werden kann, daß die Standardabweichung sehr hoch oder extrem hoch ist.

Beispiele von Detektoren zur Feststellung eines fokussierten Punkts nach jeder dieser Vorgehensweisen, die ihre Vorteile und Nachteile haben, sind beschrieben worden. Während die erste eine relativ einfache Konstruktion ergibt, ist einer ihrer Nachteile, daß sie im Fall eines periodischen Musters wie eines gestreiften oder karierten Musters dessen Bildelemente als einen einzigen Gegenstand ansieht und seine Versetzung unentdeckt bleibt. Die nachteilige Folge ist die Möglichkeit einer falschen Feststellung. Die Entscheidung, nach welcher Vorgehensweise am zweckmäßigsten vorzugehen ist, ist also nicht leicht. Durch die Erfindung wird hingegen der fokussierte Punkt genau festgestellt bzw. der Gegenstand genau in die Abbildungsebene gebracht, indem für die Feststellung zwei Arten der beschriebenen Detektoren verwendet werden.

Aus der bisherigen Beschreibung ergibt sich, daß für das erste Vorgehen ein optisches System und eine Gruppe von Fotosensorreihen oder Umsetzerelementen benötigt werden, die auch für das zweite Vorgehen verwendet werden können; demnach werden zwei der Detektoren zum Feststellen des fokussierten Punkts zum genauen Feststellen des fokussierten Punkts verwendet, oder wird der Gegenstand in die Bildebene gebracht, indem diese Detektoren gemeinsam verwendet werden. Darüberhinaus ist es möglich, eine weitere Fotosensorreihe zum Empfang des Lichts vom Gegenstand vorzusehen, die getrennt von der beschriebenen Gruppe von Fotosensorreihen oder Umsetzerelementen ist, um so den fokussierten Punkt festzustellen.

Im folgenden werden anhand der Fig. 7 bis 9 Ausführungsbeispiele für ein solches Vorgehen beschrieben.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 7 umfaßt eine Detektorschaltung 13 zum Feststellender Zeitdifferenz (At), wie sie anhand der Fig. 2 bis 6 beschrieben wurde, und einen Detektor 14 zum Feststellen des fokussierten Punkts, wie es anhand von Fig. 1 beschrieben wurde. Der Detektor 14 gibt Ausgangssignale g und h ab, die die Richtung und das

Ausmaß der Bewegung des optischen Systems angeben, wie beschrieben wurde. Hierbei zeigt das Signal g die Außerfokusrichtung an, also ob auf zu nah oder zu weit eingestellt ist, während das Signal h den Außerfokuszustand quantitativ angibt. Der Blockschaltplan nach Fig. 7 zeigt weiterhin einen Servormotor 15 zum Verstellen des (nicht dargestellten) optischen Systems, eine Steuerschaltung 16 zum Steuern des Servomotors, Register 17 und 18, einen Komparator 19 und eine Anzeige 20. Das Register 17 speichert vorübergehend das Ausgangssignal der die Zeitdifferenz At feststellenden Detektorschaltung 13 und der Komparator 19 vergleicht das Ausgangssignal e des Registers 17 mit dem Ausgangssignal f des Registers 18 und steuert das Register 18 dazu an, selbst das Signal e einzuspeichern, falls e f. Das Register 18 speichert also den Maximal- oder Minimalwert der Zeitdifferenz Δί und wird durch ein Rücksetzsignal, das von der Steuerschaltung 16 kommt, zurückgesetzt. Die Register 17 und 18 und der Komparator 19 ergeben zusammen eine Schaltung zum Feststellen des Maximum-Werts der Zeitdifferenz At.

Wird also die Zeitdifferenz dt höher, so ist ein Zustand erreicht, bei dem die Fokussierung nähergerückt ist. Dies bedeutet, daß bei der Verstellung des optischen Systems, wenn e>f, ein richtiger Fokussiervorgang durchgeführt wird, während, wenn e<f, der Fokussiervorgang in der falschen Richtung ausgeführt wird. Ein Signal k = e - f, das den Unterschied zwischen den Signalen e und f anzeigt, stellt also ein Indexsignal zur Beurteilung dar, ob der Fokussxervorgang in der richtigen Richtung läuft. Die Detektorschaltung 13 zur Feststellung der Zeitdifferenz, die Register 17 und 18 und der Komparator 19 bilden also eine Unschärfe-Detektorschaltung, die einen vom Detektor 14 unterschiedlichen Index oder ein unterschiedliches Kriterium zum Feststellen des fokussierten Punkts verwendet. Dieser beschriebene Detektor wird als erster Index-Detektor bezeichnet und der Detektor 14 als zweiter Index-Detektor. Die Motorsteuerschaltung 16 bestimmt die Richtigkeit oder Unrichtigkeit des Fokussiervorgangs auf der Grundlage des Ausgangssignals des zweiten Index-Detektors und führt Steueroperationen einschließlich des Antriebs des Servomotors 15, der Anzeige des Zustands "fokussiert" oder "nicht fokussiert" auf der Anzeige 20 usw. aus.

Fig. 8 zeigt eine Ausführung der Motorsteuerschaltung 16 im einzelnen. Sie umfaßt folgende Einzelschaltungen, hinsichtlich deren Zusammenschaltung zur Entlastung der Beschreibung auf die Zeichnung verwiesen wird: Eine Code-Entscheidungsschaltung 21, einen Flip-Flop 22, eine Absolutwertschaltung 23, eine Koeffizientenschaltung 24, Komparatoren 25 und 26, einen Inverter 27, ein UND-Glied 28, eine Vorbelastungsschaltung 29, eine Schalteranordnung 30, einen Addierer 31, weitere Schalteranordnungen 32 und 33 und ein UND-Glied 34.

Diese Schaltung arbeitet folgendermaßen: Es ist zunächst vorauszuschicken, daß der Servomotor 15 normalerweise in der Richtung antreibt, die durch das Ausgangssignal g des zweiten Index-Detektors 14 bestimmt wird, und um ein Maß, das durch dessen Ausgangssignal h bestimmt wird. Das vom ersten Index-Detektor an die Motorsteuerschaltung 16 abgegebene Signal k wird an die Entscheidungsschaltung 21 zum Entscheiden über Codes gegeben, und diese Entscheidungsschaltung gibt beispielsweise den Wert "1" ab, wenn k <0, und gibt "0" ab, wenn k <r 0. Gibt die Entscheidungsschaltung 21 eine "1" ab, so wird der Flip-Flop 22 gesetzt und sein Ausgang Q schaltet von "0" nach "1" um. Die Angabe, daß k<0, bedeutet, daß die als Index betrachtete zweite Skalierung den fokussierten Punkt nicht mehr feststellen kann, welche Tatsache im Flip-Flop gespeichert wird, während nur der erste Index zur Feststellung Jos fokussierten Punkts herangezogen wird. Außerdem wird aber in der Absolutwertschaltung 23 der Absolutwert des Signals k separiert und weiterhin in der Koeffizientenschaltung 24 so mit einem Koeffizienten et multipliziert, daß er zu oc Jk| wird. Der Grund für die Multiplikation mit et in der Koeffizientenschaltung 24 ist, daß die Ausgangssignale k und h des ersten und des zweiten Index-Detektors aneinander angepaßt werden sollen.

Das Signal h wird mit einer voreingestellten Konstante h_n im Komparator 25 verglichen, der dann, wenn h<h_n, eine "1" angibt. |kj wird mit einer voreingestellten Konstante k- im Komparator 26 verglichen, der dann, wenn |k[<k-, eine "1" abgibt. Das Ausgangssignal wird vom Inverter 27 invertiert und das resultierende Signal wird mit dem Ausgangssignal des Komparators 25 im UND-Glied 28 logisch multipliziert. Das UND-Glied 28 gibt also nur dann ausgangsseitig eine "1"

·-■ ■- ·-■■■-■ 33Ί5590

ab, wenn die Bedingungen, daß h<h„ und Jk[^k-, gleichzeitig erfüllt sind. Diese "1" zeigt an, daß nach dem zweiten Index der Zustand sehr nahe am fokussierten Zustand ist, während er nach dem ersten Index ziemlich weit vom fokussierten Zustand ist. Dieser Fall kann eintreten, wenn der Fokussiervorgang mit einem Streifenmuster als Gegenstand durchgeführt wird. Dabei ist dann die Fokussierentscheidung aufgrund des zweiten Indexes falsch und trotz der Tatsache, daß der Zustand noch weit vorn tatsächlichen Fokussierzustand entfernt ist, könnte sich die Gefahr ergeben, daß man auf der falschen Entscheidung aufbauend den Motor 15 nicht mehr ansteuert.

Um dies zu vermeiden, sieht die Schaltung vor, daß die Vorbelastungsschaltung 29 nur dann betätigt wird, wenn das Ausgangssignal des UND-Glieds 28 "1" ist, woraufhin eine gewisse Vorspannung erzeugt wird und zum Ausgangssignal der Schalteranordnung 30 mit Hilfe des Addierers 31 zuaddiert wird. An diese Schalteranordnung 30 sind zwei Signale angelegt, nämlch das Ausgangssignal «|k| der Koeffizientenschaltung 24 und das Ausgangssignal h des zweiten Index-Detektors 14, und von diesen beiden Signalen wird durch das Ausgangssignal Q des Flip-Flops 22 eines durchgeschaltet und abgegeben. Es wird also während der Zeitspanne vom Beginn der Operation bis zur Zeit, zu der Q = 1, von der Schalteranordnung 30 das Signal h abgegeben, und nachdem Q=I, das Signal «|k|. Im Addierer 31 werden die Ausgangssignale der Schalteranordnung 30 und der Vorspannungsschaltung 29 miteinander addiert, bevor sie der Schalteranordnung 32 eingegeben werden, deren Ausgangssignal zwischen negativ oder positiv durch das Ausgangssignal der Schalteranordnung 33 umgeschaltet und über die Klemme OUtI oder 0Ut2 abgegeben wird. Wird an der Klemme OUtI der Schalteranordnung 32 ein Signal abgegeben, so wird der Motor gemäß der Verdrahtung beispielsweise im positiven Drehsinn gedreht, während er im negativen Drehsinn gedreht wird, wenn ein Signal an der Klemme 0Ut2 auftritt. Das Signal an der Schalteranordnung 32 wird also durch das Ausgangssignal der Schalteranordnung 33 umgeschaltet.

Dieser Schalteranordnung 33 werden das Ausgangssignal der Entscheidungsschaltung 21 und das vom zweiten Index-Detektor 14 kommende Signal g eingespeist, zwischen denen aufgrund des Ausgangssignals Q

• - ·· 33Ί5590

des Flip-Flops 22 gewählt wird. Während einer Zeitspanne vom Betriebsbeginn bis zum Zeitpunk Q = I wird also die Schalteranordnung 32 hinsichtlich des Schaltvorgangs vom Signal g gesteuert, während der Schaltvorgang nach dem Zeitpunkt Q = I vom Ausgangssignal der Entscheidungsschaltung 21 gesteuert wird. Zusätzlich werden die Ausgangssignale der Komparatoren 25 und 26 im UND-Glied 34 logisch miteinander multipliziert.

Hierbei wird dann das Ausgangssignal des UND-Glieds 34 zu "1", wenn die Bedingungen h < h_ft und |k|<k.. gleichzeitig erfüllt sind, also wenn die auf dem ersten Maßstab und dem zweiten Maßstab basierenden Fokussierentscheidungen gleichzeitig ein zufriedenstellendes Ergebnis zeigen. Das Ausgangssignal des UND-Glieds kann also als ENDE-Signal zur Beendigung des gesamten Vorgangs herangezogen werden. Wie erläutert, steuert die in Fig. 8 dargestellte Motorsteuerschaltung den Servomotor 15 dadurch, daß sie in zweckmäßiger Weise den ersten (wenn Q = 1) bzw. den zweiten (wenn Q = 0) Maßstab anwendet, während sie das Ausgangssignal Q des Flip-Flops 22 so verwendet, daß schließlich die Bedingungen h<h„ sowie |k|<k. erfüllt sind.

Fig. 9 zeigt ein anderes Beispiel der Motorcteuerschaltung, mit einem Flip-Flop 35, Komparatoren 36, 37 und 38, einer Schalteranordnung 39 und anderen Bauteilen, die auch bei der Schaltung nach Fig. 8 vorkommen, in der in Fig. 9 dargestellten Zusammenschaltung.

Wie auch bei der Schaltung nach Fig. 8 wird das Signal k durch die Entscheidungsschaltung 21 für Codeentscheidungen dahingehend bestimmt, ob es positiv oder negativ ist, wobei sein Absolutwert |k| durch die Absolutwertschaltung 23 extrahiert wird und weiterhin in der Koeffizientenschaltung 24 mit <%. multipliziert wird. Das Ausgangssignal der Koeffizientenschaltung 24 wird zusammen mit dem Signal h vom zweiten Index-Detektor 14 an die Schalteranordnung 30 angelegt, von denen auf der Grundlage des Ausgangssignals des Flip-Flops 35 eines gewählt und abgegeben wird. Andererseits wird das Signal Jkj mit einem vorgegebenen Wert k„ im Komparator 36 verglichen, der nur dann eine "1" abgibt, wenn die Bedingung |k|<k_ erfüllt ist. Das Signal JkJ wird

außerdem im Komparator 37 mit einem vorgegebenen Wert k_ verglichen und der Komparator 37 gibt nur dann eine "1" ab, wenn |k|>k₃· Der Flip-Flop 35 wird dann gesetzt, wenn das Ausgangssignal des Kornparators 36 "1" ist, also wenn |k|<k„, woraufhin sein Ausgangssignal Q zu "1" wird, während er zurückgestellt wird, wenn das Ausgangssignal des Koinparators 37 zu "1" wird, also wenn |k|>k„, woraufhin sein Ausgangssignal Q zu "0" wird. Hierbei wird angenommen, daß k₃5-k„. Die Schalteranordnung 30 wählt entsprechend dem Ausgangssignal Q des Flip-Flops 35 eines seiner beiden Eingangssignale cc|k| und h und gibt es ausgangsseitig ab. Ist also Q = O, so gibt die Schalteranordnung 30 das Ausgangssignal oi|k| der Koeffizientenschaltung 24 ab, und ist Q = I, so gibt sie das vom Detektor 14 mit dem zweiten Maßstab kommende Signal h an die Schalteranordnung 32 weiter. Diese schaltet das von der Schalteranordnung 30 abgegebene Signal in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Schalteranordnung 39 entweder zur Ausgangsklemme OUt 1 oder zur Ausgangsklemme OUt 2 durch.

Das Ausgangssignal der Entscheidungsschaltung 21 zur Codeentscheidung und das vom zweiten Index-Detektor 14 kommende Signal g liegen an der Schalteranordnung 39 an, die durch das Ausgangssignal des Flip-Flops 35 geschaltet wird, und werden von ihr abgegeben. Der Schaltvorgang wird also dann, wenn Q = O, vom Ausgangssignal der Entscheidungsschaltung 21 gesteuert, und dann, wenn Q = I, vorn Signal g gesteuert.

Weiterhin wird das Signal IkI im Komparator 38 mit einem voreingestellten Wert k. verglichen. Der Komparator 38 gibt ausgangsseitig dann eine "1" ab, wenn die Bedingung |k|<k₄ erfüllt ist. Ist das Ausgangssignal des Komparators 38 "1", was eintritt, wenn IkI kleiner wird als k₄, so wird angenommen, daß der fokussierte Zustand erreicht ist, und der gesamte Vorgang wird beendet. Bei diesem Beispiel werden der erste Index (wenn Q = 0) und der zweite Index (wenn Q = 1) durch das Ausgangssignal Q des Flip-Flops 35 zweckentsprechend zur Steuerung des Motors 15 und zum schließlichen Erreichen der Bedingung jkj<k. gewählt.

Claims

Patentansprüche

1. Autofokusregler für ein optisches Instrument, mit einem Regulatormechanismus (15) zum Einstellen der Position eines Objektivs zum Darstellen des optischen Abbilds (103, 104) eines Gegenstands in einer Bildauf fangebene, zwei Fotosensorreihen (101, 102) zum Empfang des Lichts des Abbilds des Gegenstands über optische Einrichtungen und über zueinander und räumlich getrennte Lichtkanäle, und einer Trigonometrie-Detektorschaltung (14) zum Feststellen der Größe und Richtung eines Unterschieds zwischen den optischen Abbildern des auf den beiden Fotosensorreihen abgebildeten Gegenstands, gekennzeichnet durch eine Unschärfe-Detektorschaltung (13, 17, 18, 19), die ermittelt, ob die Abbilder (103, 104) des Gegenstands fokussiert sind, indem sie eine Gruppe von Ausgangssignalen von wenigstens einer der beiden Fotosensorreihen (101, 102), oder von jedem der Fotosensoren (5-, ..., 5 ) einer weiteren, getrennt von den beiden Fotosensor reihen zum Empfang des Lichts des Abbilds des Gegenstands angeordneten Fotosensorreihe (5) empfängt;

und durch eine den Regulatormechanismus (15) so treibende und steuernde Schaltung (16), daß aufgrund des Empfangs von Ausgangssignalen (g, h, k) der beiden Detektorschaltungen (14; 13, 17, 18, 19) das optische Abbild des Gegenstands mit Hilfe des Objektivs fokussiert auf der Auffangebene abbildbar ist, und zwar aufgrund des Ausgangssignals der Trigonometrie-Detektorschaltung (14), wenn die Höhe der Verschiebung zwischen den Abbildern des Gegenstands größer ist als ein gegebener Wert, und aufgrund des Ausgangssignals der Unschärfe-Detektorschaltung (13, 17, 18, 19), wenn die Höhe der Verschiebung unter dem gegebenen Wert liegt, oder des Ausgangssignals sowohl der Unschärfe-Detektorschaltung als auch der Trigonometrie-Detektorschaltung.

2. Autofokusregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unschärfe-Detektorschaltung (13, 17, 18, 19) das Ausgangssignal jedes der Fotosensoren (5.., ..., 5 ) in ein Impulssignal mit einer auf die Helligkeit des vom Sensor empfangenen Lichts bezogenen Impulsbreite umwandelt und den fokussierten Zustand feststellt, wenn der Unterschied zwischen dem längsten und dem kürzesten Wert der Impulsbreite in einer Gruppe dieser Impulssignale oder die Differenz zwischen den Impulsbreitenwerten an gegebenen Orten maximalisiert ist (Fig. 5).

3. Autofokusregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unschärfe-Detektorschaltung den fokussierten Zustand feststellt, wenn die Standardabweichung der Variationen der Signalwerte einer Gruppe der Ausgangssignale der Fotosensoren rnaximalisiert ist.

4. Autofokusrfijler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (16) zum Treiben und Steuern des Regulatormechanismus (15) diesen dann, wenn ein Verschiebungssignal (h) zwischen den Abbildern des Gegenstands von der Trigonometrie-Detektorschaltung (14) niedriger ist als ein gegebener Wert (h..), aufgrund der Richtung (g) des Verschiebungssignals und des Ausijanj'ssigiials (k) der Unschärfe-Detektorschaltung (13, 17, 18, 19) treibt und steuert.