DE4131808C2 - Autofokussiereinrichtung und -verfahren für eine Videokamera - Google Patents
Autofokussiereinrichtung und -verfahren für eine VideokameraInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Autofokussiereinrichtung
für eine Videokamera nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
sowie auf ein Verfahren hierfür, um insbesondere den Fokus
einer Videokamera auf ein sich bewegendes Objekt einzustellen.
Üblicherweise werden die Verfahren zur automatischen Fokussie
rung bei einer Videokamera grob in solche eines aktiven Typs,
wie z. B. des Typs mit einer Infrarotstrahl-Entfernungsmessung
oder eines Ultraschalltyps, und eines passiven Typs, wie z. B.
eines Bildabtasttyps und eines Bilderkennungstyps, eingeteilt.
Speziell das Prinzip desjenigen aktiven Typs, bei dem die
Infrarotstrahl-Entfernungsmeßmethode verwendet wird, ist in
Fig. 4 gezeigt. Hierbei werden Infrarotstrahlen auf ein Objekt
gerichtet, um das vom Objekt reflektierte, zur Entfernungs
messung dienende Signal zu erhalten. Das von einer nicht ge
zeigten Lichtquelle für Infrarotstrahlung, wie z. B. einer im
Infrarotbereich emittierenden Diode (nachfolgend als Infrarot-
LED bezeichnet), emittierte Infrarotlicht wird mittels einer
Projektionslinse (201) auf das Objekt (204) gerichtet und das
reflektierte Licht mittels einer lichtempfangenden Linse (202)
auf ein lichtempfangendes bzw. lichtempfindliches Element (203)
fokussiert.
Wird die Entfernung der Projektionslinse (201) vom Objekt (204)
mit L, die Entfernung der Projektionslinse (201) von der licht
empfangenden Linse (202) mit R, die Brennweite der licht
empfangenden Linse (202) mit F und die Entfernung des über die
lichtempfangende Linse (202) auf das lichtempfindliche Element
(203) auftreffenden Infrarotlichtstrahlenbündels von der Mitte
des lichtempfindlichen Elements (203) mit X bezeichnet, so gilt
zwischen diesen Größen folgende Beziehung:
Da die Entfernung L zwischen der Projektionslinse (201) und dem
Objekt (204) umgekehrt proportional zur Entfernung X zwischen
der Mitte des lichtempfindlichen Elements (203) und dem Auf
treffpunkt des reflektierten Lichts ist, kann auf diese Weise
die Entfernung L gemessen werden.
Das lichtempfangende Element (203) ist hierbei in zwei Kanäle A
und B aufgeteilt, wobei das zugehörige elektrische Schaltkreis
äquivalent in Fig. 2 dargestellt ist. Bezugnehmend auf die
Struktur des lichtempfindlichen Elements stellen A und B
positivseitige Elektroden dar, während eine negativseitige
Elektrode mit C bezeichnet ist. I0 entspricht dem Gesamtbetrag
der Stromstärke, die proportional zur Lichteinfallsstellung
erzeugt wird; V0 ist eine Treiberspannung, D1 bezeichnet eine
ideale Diode, Cj eine Sperrschichtkapazität, Rsh einen Paral
lelwiderstand, R1 und R2 Widerstände zwischen dem Auftreffpunkt
des reflektierten Lichts und den jeweiligen Elektroden A und B,
S eine Stromquelle und R1 Lastwiderstände.
Die entstehenden Fotoströme I1 und I2 erfüllen die folgende
Beziehung:
Gemäß Gleichung (1) ist das Verhältnis (I2-I1)/(I2+I1),
d. h. das Verhältnis von Differenz und Summe der Ausgangsströme,
proportional zur Entfernung X vom Punkt mitten zwischen den
Elektroden A und B, d. h. vom Mittelpunkt des lichtempfindlichen
Elements zum Auftreffpunkt des reflektierten Lichts. Das bedeu
tet, daß der Einfallswinkel oder der Auftreffpunkt des
reflektierten Infrarot-Lichtstrahlenbündels, der ein Ent
fernungsmeßsignal auf dem lichtempfindlichen Element darstellt,
sich in Abhängigkeit von einer Abstandsänderung zwischen dem
Objekt und der Projektionseinrichtung verändert.
Wenn das Objekt korrekt fokussiert ist, fällt das reflektierte
Licht auf die Mitte des lichtempfindlichen Elements auf und die
beiden daraus erzeugten Ströme I1 und I2 sind gleich groß, so
daß der Wert des Verhältnisses nach Gleichung (1) Null ist. Ist
die Fokussierung hingegen nicht richtig, so wird das reflek
tierte Licht zu einem Auftreffpunkt auf einer Seite des licht
empfindlichen Elements hin fokussiert und die Ströme I1 und I2
der beiden Kanäle unterscheiden sich voneinander, was zu einem
Wert des Verhältnisses der Gleichung (1) ungleich Null führt.
Wird daher ein AF-Motor so gesteuert, daß die lineare Beziehung
zwischen der Entfernung X der Mitte zwischen den Elektroden A
und B vom Auftreffpunkt des reflektierten Lichts und dem Ver
hältnis (I2-I1)/(I2+I1), d. h. dem Verhältnis von Differenz
und Summe der Ausgangsströme, aufrechterhalten wird, kann
dadurch eine exakte Fokussierung bewirkt werden.
Dies wird nachfolgend anhand der Fig. 3 erläutert. Nachdem das
Infrarotlicht von der Infrarot-LED (1) des lichtemittierenden
Geräteteils auf das Objekt gerichtet wird (in Fig. 3 nicht
dargestellt), wird es reflektiert und erreicht das licht
empfindliche Element (2), wo es in Fotoströme in den Elektroden
der beiden Kanäle A und B des lichtempfindlichen Elements (2)
umgewandelt wird, wodurch ein infinitesimales Stromsignal
erzeugt wird. In einem ersten und einem zweiten Vorverstärker
(3), die je für einen Kanal vorgesehen sind, wird das Strom
signal in ein Spannungssignal umgewandelt, wonach die Ausgangs
signale des ersten und zweiten Vorverstärkers (3) in jeweils
nachgeschalteten ersten und zweiten Synchronfilterverstärkern
(4) unter Synchronisierung mit einem Synchronsignal für das An-
und Abschalten der Infrarot-LED gefiltert und verstärkt werden.
In nachgeschalteten ersten und zweiten Pufferverstärkern (5)
werden die Ausgangssignale des ersten und zweiten Synchron
filterverstärkers (4) integriert, der Rauschanteil beseitigt
und der Signalpegel zum Ausgeben angehoben. Die Ausgangssignale
des ersten und zweiten Pufferverstärkers (5) seien jeweils als
Signale A und B bezeichnet, welche auf die gleichnamigen Kanäle
zurückgehen. Ein A/D-Wandler (6) empfängt die Signale A und B,
legt einen von vier Fällen, nämlich |A-B|Vd, AB,
A+BVh, A+BVl, fest und übermittelt das festgelegte
Resultat einem Mikrocomputer (7). Dabei sind mit Vd, Vh und Vl
Referenzspannungen zur Festlegung der Breite eines Ansprech
bereiches, der Fokussierungsfestlegung und des Ansteuer
bereiches für die Geschwindigkeit bezeichnet.
Nachdem im Mikrocomputer (7) die Bewegungsrichtung und die
Geschwindigkeit oder das Stoppen eines Motors (M), der eine
Abbildungslinse in Abhängigkeit von der Kombination der vier
Signale des A/D-Wandlers (6) bewegt, bestimmt sind, werden
einem Motortreiber (10) ein Geschwindigkeitssteuersignal V und
Richtungssteuersignale F und B zugeführt, wonach die auto
matische Fokussierung vervollständigt wird, indem der Motor (M)
die Abbildungslinse in eine optimale Fokusposition führt.
Der Mikrocomputer (7) generiert außerdem ein Taktsignal (CLK)
zum An- und Abschalten der Infrarot-LED (1) und zur Festlegung
der Synchronisation des vom Lichteinfall erzeugten Signals mit dem
ersten und zweiten Synchronfilterverstärker (4) sowie einem
Infrarot-LED-Treiber (9). Außerdem gibt er ein Rücksetzsignal
(CLR) zum Entladen der integrierenden Kondensatoren als ein
Signal zur Festlegung des Integrationsintervalls des vom ersten
und zweiten Synchronfilterverstärker (4) erzeugten Signals ab.
Dieses Rücksetzsignal dient weiterhin zur Steuerung eines Nah
distanzbegrenzers (8), der dazu vorgesehen ist, den Fokus nicht
auf ein sehr nahes Objekt, z. B. in einer Entfernung weniger als
1 m, einzustellen.
Während der Positionserkennung werden die in Abhängigkeit vom
Auftreffpunkt des reflektierten Lichts auf das lichtempfind
liche Element in den Kanälen A und B produzierten Signale im
A/D- Wandler (6) zu einem Steuersignal kombiniert. Der Antrieb
des AF-Motors erfordert einen hohen Hardware-Aufwand, wie
beispielsweise Vorverstärker, Synchronfilterverstärker, Puffer
verstärker, etc., für jeden der beiden Kanäle. Eine weitere
Schwierigkeit ergibt sich daraus, daß der A/D-Wandler mit
geringem Eingangsstrom und geringer Offsetspannung betrieben
werden sollte, da er aus einem Operationsverstärker besteht.
Die Umgehung dieses Problems erfordert weiteren Hardware-Auf
wand.
Da außerdem lediglich die Pegel der beiden in dem licht
empfindlichen Element erzeugten Kanalsignale detektiert werden
und die Steuerung des Motors (M) durch das Kombinationssignal
des aus einem Operationsverstärker bestehenden A/D-Wandlers
erfolgt, entsteht das Problem, daß die Fokussierung der Video
kamera nicht ganz exakt durchgeführt wird, wenn der Unterschied
der Signale in den beiden Kanälen gering ist.
Andererseits ist ein zusätzlicher Nahdistanzbegrenzer (8) oder
auch ein Stopper im Antriebsteil der Abbildungslinse vorge
sehen, da ein im Unendlichen oder in einem sehr nahen Bereich
liegendes Objekt keine Fokussierung erfordert, was ebenfalls in
einem komplizierten Aufbau der Videokamera resultiert.
Autofokussiereinrichtungen des oben beschriebenen, gattungs
gemäßen Typs sind beispielsweise aus der US-Patentschrift 4 857 717
und US-Patentschrift 4 868 666 bekannt. Aus der DE 28 02 708 C2
ist des weiteren eine Autofokussiereinrichtung bekannt,
bei der von einer Sendediode ausgesandte und am Objekt reflek
tierte Infrarotstrahlen von zwei Empfangsdioden empfangen wer
den, die jeweils über zwei Verstärkerstufen mit einem zwei
Schaltstufen aufweisenden Multiplexer verbunden sind. Vom
Multiplexer erfolgt die weitere Signalverarbeitung über ein
Hochpaßfilter und eine Verstärkerstufe zu einem Demultiplexer
in einem gemeinsamen Kanal. Mit dem Demultiplexer erfolgt
erneut eine Kanalauftrennung zur getrennten Signalzuführung an
jeweilige Flip-Flops, mit denen die Signale gespeichert und zur
motorischen Verstellung der Kameraoptik ausgewertet werden.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Schaffung einer
Autofokussiereinrichtung für eine Kamera mit einem vereinfach
ten Schaltungsaufbau sowie verbesserter Stabilität und Meß
genauigkeit sowie eines für eine solche Einrichtung geeigneten
Verfahrens zugrunde.
Dieses Problem wird durch eine Autofokussiereinrichtung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst.
Nach Umwandlung der Fotostromsignale der beiden Kanäle in dem
jeweiligen Wandlerelement werden die Spannungssignale in dem
Selektor zeitabgeteilt ausgewählt und durchlaufen anschließend
in einem Kanal den Bandpaßfilter, die integrierende und ver
stärkende Einheit sowie die Einheit zum Vergleichen der auf
integrierten Spannungssignale mit einer vorgegebenen Referenz
spannung. Die vergleichende Einheit sendet die Information über
den Vergleich als spezifisches Signal an den Mikrocomputer.
Durch die Verwendung des Bandpaßfilters wird nur der schmale
Frequenzbandbereich übertragen, in welchem die Treiberfrequenz
für das lichtemittierende Element liegt. Der Mikrocomputer
steuert in Abhängigkeit des empfangenen Signals auch den Trei
ber der lichtemittierenden Einheit. Die genannten Merkmale
tragen neben einem vereinfachten Schaltungsaufbau der Auto
fokussiereinrichtung auch zu einer verbesserten Meßgenauigkeit
und höheren Stabilität der Einrichtung bei, da störende Ströme
und Frequenzen wirksam unterdrückt werden und eine Nachregelung
der Intensität der emittierten Meßlichtimpulse vorgenommen
werden kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die nachfolgend
beschrieben wird, sowie zu deren besserem Verständnis eine
bekannte Ausführungsform, wie oben beschrieben, sind in den
Zeichnungen dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Auto
fokussiereinrichtung für eine Videokamera,
Fig. 2 ein elektrisches Schaltkreisäquivalent eines
bekannten lichtempfindlichen Elements,
Fig. 3 ein Blockdiagramm einer bekannten Autofokussierein
richtung für eine Videokamera,
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Prinzips einer
bekannten Autofokussiereinrichtung des aktiven Typs,
Fig. 5 ein Schaltkreisdiagramm der Autofokussiereinrichtung
nach Fig. 1,
Fig. 6 die Kennlinie der Frequenzantwort eines in Fig. 5
gezeigten Bandpaßfilters,
Fig. 7A Wellenformen des in einem nichtinvertierenden
Verstärkerschaltkreis eines in Fig. 1 gezeigten
verstärkenden Integrators erzeugten Signals,
Fig. 7B Wellenformen des von einem Integratorteil des in Fig.
1 gezeigten verstärkenden Integrators generierten
Signals,
Fig. 7C Wellenformen des Signals zum Steuern der Infrarot-
LED durch einen in Fig. 1 gezeigten Mikrocomputer,
Fig. 8 ein detailliertes Schaltbild einer in Fig. 1
gezeigten Infrarot-LED,
Fig. 9 ein detailliertes Schaltbild eines in Fig. 1
gezeigten Motortreibers,
Fig. 10A eine schematische Darstellung der Beziehung zwischen
der Leistung des Infrarot-LED-Treibers und einem
Zählwert des Mikrocomputers,
Fig. 10B eine schematische Ansicht der Beziehung zwischen dem
Motorsteuersignal und der Spannung des in Fig. 9 ge
zeigten Motortreibers und
Fig. 11A bis 11C ein in die jeweiligen Figurenteile abgeteiltes Fluß
diagramm, welches den Verfahrensablauf zur Steuerung
der jeweiligen Teile des Mikrocomputers, wie er in
Fig. 1 gezeigt ist, zum Treiben der Infrarot-LED und
eines AF-Motors veranschaulicht.
Wie in Fig. 1 gezeigt, werden, beispielsweise unter Verwendung
einer Infrarot-LED, in einem lichtemittierenden Geräteteil (10)
Infrarotstrahlen erzeugt und mittels einer Projektionslinse auf
ein abzubildendes Objekt gerichtet. Die vom Objekt reflektier
ten Infrarotstrahlen werden mittels einer lichtaufnehmenden
Linse auf eine Lichtauftreffposition auf einer lichtempfind
lichen Fläche eines lichtempfangenden Geräteteils (20)
fokussiert.
Der lichtempfangende Geräteteil (20) besteht aus einem in zwei
Kanäle A und B aufgesplitteten lichtempfangenden, d. h. licht
empfindlichen, Element und wandelt das einfallende Licht in
infinitesimale Stromsignale I1 und I2 um. Ein erster und ein
zweiter Strom/Spannungs-Wandler (30, 40), nachfolgend als I/V-
Wandler bezeichnet, verstärken die vom lichtempfangenden
Geräteteil (20) erzeugten infinitesimalen Stromsignale I1 und
I2 und generieren entsprechende Spannungssignale.
Ein aus einem Analogschalter bestehender Selektor (50) wählt in
alternierender Folge jeweils eines der Ausgangssignale der
beiden Kanäle A und B der beiden I/V-Wandler (30, 40) sequen
tiell aus und führt das ausgewählte Ausgangssignal einem Filter
(60) zu.
Der Filter (60) läßt von dem Ausgangssignal des vom Selektor
(50) jeweils ausgewählten Kanals lediglich Frequenzkomponenten
innerhalb eines schmalen Bandes, welches eine Treiberfrequenz
für die Infrarot-LED enthält, passieren und erzeugt ein ver
stärktes Signal, um so das Signal/Rausch-Verhältnis S/N zu
erhöhen.
Ein verstärkender Integrator (70) verstärkt nochmals das im
Filter (60) verstärkte und gefilterte Signal, wandelt dieses in
ein entsprechendes Stromsignal um und integriert das Strom
signal zu einem linear mit der Zeit anwachsenden Spannungs
signal.
Ein Komparator (80) vergleicht das vom verstärkenden Integrator
(70) zugeführte Spannungssignal mit einer Referenzspannung und
gibt einen vom Vergleichsresultat abhängigen Signalpegel ab.
Von einem Mikrocomputer (90) wird ein Ladesignal an einen
Kondensator des verstärkenden Integrators (70) übermittelt,
wenn das Ausgangssignal des Komparators (80) auf niedrigem
Pegel liegt. Des weiteren werden vom Start des Treibersignals
an für die Infrarot-LED solange Referenztakte gezählt, bis das
vom verstärkenden Integrator (70) erzeugte Spannungssignal den
Referenzspannungswert erreicht, um dadurch einen Infrarot-LED-
Treiber (100) und einen Motortreiber (110) zu steuern.
Der Infrarot-LED-Treiber (100) empfängt ein Impulssignal vor
bestimmter Frequenz vom Mikrocomputer (90) und steuert die
Intensität des von der Infrarot-LED emittierten Lichts, d. h.
deren Leistung, in einer Mehrzahl von Schritten, wodurch er die
Infrarot-LED zum Leuchten anregt.
Der Motortreiber (110) empfängt ein Geschwindigkeitssteuer
signal V und Richtungssteuersignale F und B in Abhängigkeit von
dem in einem Zähler des Mikrocomputers (90) gezählten Signal
und treibt einen Motor (M).
Wie aus Fig. 5, die ein detailliertes Schaltbild der Auto
fokussiereinrichtung nach Fig. 1 zeigt, zu erkennen, generiert
das lichtempfindliche Element (20) einen infinitesimalen Strom
proportional zu der auf die Kanäle A und B eingestrahlten
Lichtintensität und führt die erzeugten Ströme den jeweiligen
Strom/Spannungs-Wandlern (30, 40) zu.
Wenn die Bildaufnahme jedoch an einem Platz mit hoher Umgebungs
lichtstärke erfolgt, wird ein direkter Strom durch das Umgebungs
licht in dem lichtsensitiven Element (20) produziert. Ent
sprechend vergrößert sich das den beiden I/V-Wandlern (30 und
40) zugeführte direkte Stromsignal, so daß sich der Ausgangs
spannungspegel eines Operationsverstärkers OP1 verringert,
welcher dadurch in Sättigung gerät und negativ wird.
Deshalb ist ein Schaltkreis (31) zur Umgebungslichtbeseitigung
vorgesehen, der den Rückkopplungswiderstand minimiert, wenn ein
direkter Strom fließt und gezielt nur den durch das Impuls
signal des Mikrocomputers (90), z. B. einem 10 kHz Wechselstrom
signal, verursachten Strom verstärkt. Wenn die Ausgangsspannung
Va des Operationsverstärkers OP1 durch den erhöhten direkten
Strom aufgrund des Umgebungslichts unter -0,7 V absinkt, wird
ein Transistor TR1 innerhalb des Schaltkreises (31) zur Um
gebungslichtbeseitigung leitend geschaltet, so daß überschüssi
ger Strom über Widerstände R3, R1 und einen Kondensator C1
beseitigt wird.
Nach Beseitigung des vom Umgebungslicht verursachten direkten
Stroms in dem entsprechenden Schaltkreis (31) steht am Ausgang
des Operationsverstärkers OP1 des ersten I/V-Wandlers (32) ein
verstärktes Spannungssignal, z. B. mit einer Verstärkung von
50 dB, an. Ein Hochpaßfilter (33) beseitigt von dem vom Ausgang
des Operationsverstärkers OP1 zugeführten Signal niederfrequen
tes Rauschen unterhalb 60 Hz mittels eines Kondensators C5 und
eines Widerstands R9, wodurch ein Signal mit einem verbesserten
SN-Verhältnis entsteht.
Aufbau und Funktionsweise des zweiten I/V-Wandlers (40) ent
spricht demjenigen des ersten I/V-Wandlers (30), wobei die
korrespondierenden Elemente mit einer um jeweils 10 größeren
Bezugsnummer bezeichnet sind und eine wiederholte Erläuterung
zu diesen Elementen unterbleiben kann.
Ein Schalter (50) wechselt alternierend zwischen den Ausgangs
signalen des ersten und des zweiten I/V-Wandlers (30 bzw. 40),
wobei die zugehörige Zeiteinteilung unter der Steuerung des
Mikrocomputers (90) erfolgt. Die vom Schalter (50) ausgewählten
Ausgangssignale der I/V-Wandler (30, 40) werden im Filter (60)
so gefiltert, daß sie die Treiberfrequenz der Infrarot-LED (10)
besitzen, z. B. ein Frequenzband mit nur einer 10 kHz Signal
komponente, wozu der Filter (60) einen Operationsverstärker
OP3, Kondensatoren C7 und C8 sowie Widerstände R11 und R12 ent
hält. Die Ausgangssignale der I/V-Wandler (30, 40) werden
gleichzeitig im Filter (60) mit einem Faktor von beispielsweise
33 dB verstärkt und daraufhin ausgegeben.
Die Kennlinie der Frequenzantwort des Filters ist in Fig. 6
dargestellt, in der ein Spitzenwert in der Nähe von 2 π · 104
rad/sec zu erkennen ist. Der Wert 2π · 104 rad/sec entspricht
einem Impulssignal für die Treiberfrequenz der Infrarot-LED von
10 kHz, wenn dieses in die Frequenzeinheit rad/sec umgewandelt
wird, wobei gemäß dieser Figur ein Verstärkungsfaktor von 33 dB
erhalten wird.
In einem nichtinvertierenden Verstärkerschaltungsteil (71) des
verstärkenden Integrators (70) wird das Ausgangssignal des
Filters (60) durch einen nichtinvertierenden Operations
verstärker OP4 mit einem Verstärkungsfaktor von beispielsweise
13 dB verstärkt.
Das am Ausgang des nichtinvertierenden Verstärkerschaltungs
teils (71) anstehende Signal sei mit Vp bezeichnet. Wenn dieses
Ausgangsspannungssignal Vp des nichtinvertierenden Verstärker
schaltungsteils (71) größer als eine Referenzspannung, z. B. 2,5
V, ist, wird in einem Integratorteil (72) ein Stromwert ent
sprechend Vp/R16 dem invertierenden Eingang eines Operations
verstärkers OP5 zugeführt. Der Ausgang des Operationsver
stärkers OP5 gelangt dementsprechend auf niedrigen Pegel und
ein Transistor TR3 wird leitend geschaltet. Über eine erste
Stellung eines Schalters SW1 wird dadurch ein Kondensator C mit
dem Stromwert Vp/R16 aufgeladen. Wenn die am Ausgang des nicht
invertierenden Teils (71) anstehende Spannung V kleiner als 2,5
V wird, gelangt der Ausgang des Operationsverstärkers OP5 auf
hohen Pegel, wodurch der Transistor TR3 sperrt und eine Klem
mung des Ausgangs über eine Diode D1 erfolgt.
Befindet sich das abzubildende Objekt weiter als die nächst
mögliche Distanz, z. B. 1 m, entfernt und ist die Fokussierung
nicht korrekt, hat das verstärkte und in dem nichtinvertie
renden Teil (71) erzeugte Signal die in Fig. 7A dargestellte
Wellenform. Das von einem solchen Ausgangssignal des nicht
invertierenden Verstärkerschaltungsteils (71) durch inte
grierendes Aufladen des Kondensators C im Integratorteil (72)
erhaltene Signal besitzt die in Fig. 7B gezeigte zugehörige
Wellenform. Wenn die Amplitude des Ausgangssignals des nicht
invertierenden Teils (71) größer ist, fließt ein größerer Strom
in den Kondensator des Integratorteils (72), wodurch die
Referenzspannung rascher erreicht wird. Entsprechend wird die
Spannungsdifferenz zwischen den beiden vom Schalter (50)
alternierend ausgewählten Kanälen A und B in eine Zeitdifferenz
des integrierten Signals umgewandelt. Hierbei wird eine
proportionale Beziehung beider Größen erhalten, d. h. (Va-Vb)∼(tb-ta).
Der Mikrocomputer (90) zählt die Referenztakte und
erfaßt so die Differenz der beiden Integrationszeiten ta und
tb, wodurch er einerseits den Grad der Steuerung und anderer
seits feststellt, ob eine Fokussierung durchgeführt wird.
Wenn andererseits der durch Laden des Kondensators C im
Integratorteil (72) aufintegrierte Spannungswert im Komparator
(80) größer als eine Referenzspannung Vcc wird, welche an den
positiven Anschluß eines differenziellen Verstärkers OP6 an
gelegt ist, wird der Ausgang dieses differenziellen Verstärkers
OP6 auf niedrigen Pegel gesetzt und dieses Ausgangssignal dem
Mikrocomputer (90) zugeführt. Der Mikrocomputer (90) sendet
daraufhin ein Entladesignal zum Abfließen der Ladung im Konden
sator C über einen Entladewiderstand R, was den Integratorteil
(72) zurücksetzt.
Die Wellenform des Impulssignals, wie es als 10 kHz Treiber
frequenzsignal für die Infrarot-LED vom Mikrocomputer (90)
abgegeben wird, ist in Fig. 7C dargestellt. Wenn beispielsweise
die Periodendauer des Impulssignals 100 µs beträgt, die Infra
rot-LED für 40 ms zum Leuchten gebracht und der Motor für 30 ms
gesteuert wird, beträgt die gesamte Abtastdauer des Gerätes
70 ms.
Das detaillierte Schaltbild des Infrarot-LED-Treibers (100) ist
in Fig. 8 dargestellt. Das Treibersignal vom Mikrocomputer
(90), d. h. das 10 kHz-Impulssignal IR ist einem Transistor TR4
eines Anschalt/Ausschalt-Kreises (101) für die Infrarot-LED
zugeführt. Andererseits zählt der Mikrocomputer (90) die
Amplitude der Ausgangssignale beider Kanäle A und B - im
Komparator (80) als niedrige Pegel gesetzt - ab und teilt diese
Signale in vier Stufen P1, P2, P3 und P4 eines dem Infra
rot-LED-Treiber (100) zugeführten Lichtintensitätssteuersignals
ab. Ein Schaltungsteil (102) zur Steuerung der Abstrahlintensi
tät der Infrarot-LED reagiert darauf wie folgt. Liegt vom
Mikrocomputer (90) ein hoher Signalpegel am Anschluß P1 an,
werden in einer Darlington-Verschaltung miteinander verbundene
Transistoren TR7 und TR8 leitend geschaltet, woraufhin ein
Strom i1 fließt, der die Lichtintensität der Infrarot-LED (10)
entsprechend steuert und die Infrarot-LED passend zur Ab
strahlung anregt. Wird dem Anschluß P2 vom Mikrocomputer (90)
ein hoher Signalpegel zugeführt, werden in einer Darlington-
Verschaltung miteinander verbundene Transistoren TR9 und TR10
leitend geschaltet und die Infrarot-LED (10) wird mit einer
Intensität erregt, die der Stromsumme i1+i2 entspricht. Wenn
auch am Anschluß P3 ein hoher Signalpegel vom Mikrocomputer
(90) ansteht, werden in einer Darlington-Verschaltung mit
einander verbundene Transistoren TR11 und TR12 leitend ge
schaltet und die Infrarot-LED (10) strahlt mit einer Intensität
ab, die der Stromsumme i1+i2+i3 entspricht. Wird schließ
lich auch dem Anschluß P4 ein hoher Signalpegel vom Mikro
computer (90) zugeführt, so werden in einer Darlington-Ver
schaltung miteinander verbundene Transistoren TR13 und TR14
leitend geschaltet und die Infrarot-LED (10) zur Lichtab
strahlung mit einer Intensität angeregt, die der Stromsumme
i1+i2+i3+i4 entspricht.
Die Beziehung zwischen der Lichtintensität beim Treiben der
Infrarot-LED durch die Treiberschaltung der Fig. 8 und dem im
Mikrocomputer bestimmten Zählwert ist in Fig. 10A schematisch
abgebildet. Der Zählwert des Mikrocomputers und das Licht
intensitätssteuersignal sind jeweils in dimensionslosen Ein
heiten aufgetragen. Der Grund für die mehrstufige Steuerung der
Lichtintensität liegt darin, daß sich die von dem lichtsensi
tiven Element aufgenommene reflektierte Lichtintensität in
Abhängigkeit von der Art des abzubildenden Objekts oder der
Entfernung ändert, so daß hierfür eine Kompensation benötigt
wird, um ein Signal mit konstantem Pegel zu haben. Denn wenn
der zum Integrationszeitunterschied zwischen den beiden Kanal
signalen gehörige Zählwert des Mikrocomputers größer wird,
sollte die Infrarot-LED mit einer niedrigen Lichtintensität
betrieben werden, und wenn das Reflexionsvermögen des Objekts
gering ist, sollte die Infrarot-LED mit hoher Lichtintensität
betrieben werden. Da der Gesamtverstärkungsfaktor der be
schriebenen erfindungsgemäßen Autofokussiereinrichtung bei
spielsweise ungefähr 100 dB beträgt, wird die Lichtintensität
der Infrarot-LED, d. h. deren Treiberspannung, in vier Stufen
gesteuert, um stets gleichbleibend einen dynamischen Bereich
unabhängig vom Objekttyp und der Entfernung des Objekts zu
haben.
Das detaillierte Schaltbild des Motortreibers (110) der Fig. 1
ist in Fig. 9 gezeigt. Der Motortreiber (110) besteht aus einem
Schaltkreis (111) zur Steuerung der Motorbewegungsrichtung und
einer Schaltung (112) zur Steuerung der Motorgeschwindigkeit.
In der Schaltung (111) zur Steuerung der Motorbewegungsrichtung
wird die Rotationsrichtung des Motors durch ein vom Mikro
computer (90) gezähltes Signal bestimmt. Wenn beispielsweise
das Steuersignal für positive Drehrichtung mit hohem Pegel
einem entsprechenden Anschlußkontakt POS.RICHTUNG vom Mikro
computer (90) zugeführt wird, veranlaßt dieses Steuersignal
über Transistoren TR20, TR22 und TR19 den Motor zur Rotation in
positiver Drehrichtung. Wenn andererseits ein Steuersignal für
negative Drehrichtung einem entsprechenden Anschluß
NEG.RICHTUNG mit hohem Signalpegel zugeführt wird, veranlaßt
dieses Steuersignal über Transistoren TR21, TR23 und TR18 den
Motor zur Rotation in negativer Drehrichtung.
Liegt eine große Signaldifferenz zwischen beiden Kanälen A und
B, d. h. eine große Zählwertdifferenz, vor, wird der Motor auf
eine bevorzugt große Geschwindigkeit eingestellt. Da anderer
seits ein Motor eine gewisse Trägheit besitzt und leicht ein
Überschwingen erzeugt wird, sollte der Motor auf geringe
Geschwindigkeit eingestellt werden, wenn eine kleine Signal
differenz zwischen den beiden Kanälen A und B vorliegt. Ist
letzteres der Fall, wird demgemäß ein hoher Signalwert einem
Anschlußkontakt NIEDR.GESCHW. der Schaltung (112) zur Motor
geschwindigkeitssteuerung als ein Steuersignal für niedrige
Geschwindigkeit vom Mikrocomputer (90) zugeführt, woraufhin ein
Transistor TR15 leitend schaltet und der Motor zur Vermeidung
von Überschwingeffekten mit geringer Geschwindigkeit rotiert
wird.
Bei dieser Motordrehrichtungs- und -geschwindigkeitssteuerung
wird diese Steuerung von einem pulsweitenmodulierten (PWM)
Signal konstanter Spannung bewirkt, welches in Abhängigkeit vom
Zählsignal im Mikrocomputer (90) zugeführt wird. Solche Steuer
signale sind in Fig. 10B durch die vertikalen, gestrichelten
Linien gezeigt, wobei die weiter rechts liegenden Steuersignale
eine größere Pulsbreite aufweisen, so daß die Antriebsgeschwin
digkeit des Motors größer wird.
Die Fig. 11A bis 11C stellen Flußdiagramme dar, die den Ver
fahrensablauf zum Treiben der Infrarot-LED und des AF-Motors
illustrieren, wobei die jeweiligen Teile von dem in Fig. 1
gezeigten Mikrocomputer gesteuert werden. Dieser Verfahrens
ablauf wird nachfolgend unter Einbeziehung der Fig. 1 und 5 bis
9 erläutert. In einem Schritt S1 wird der Mikrocomputer (90)
zwecks Rücksetzung des Speichers und der Zähler initialisiert,
der Kondensator C des Integratorteiles (72) für eine Milli
sekunde entladen und zuerst das Lichtintensitätssteuersignal P4
für maximale Leistung ausgewählt.
Nach Umwandlung der in dem lichtempfindlichen Element (20) er
zeugten infinitesimalen Stromsignale I1 und I2 in Spannungs
signale in dem ersten und dem zweiten I/V-Wandler (30 und 40),
wird ein Steuersignal dem Schalter (50) zum Auswählen des
Kanals A (in Schritt S2) zugeführt und das im Kanal A über
tragene Signal zur Aufladung und zum Integrieren in dem ver
stärkenden Integrator (70) nach Passieren des Filters (60)
verwendet (in Schritt S3).
Dann wird das 10 kHz-Impulssignal zum Treiben der Infrarot-LED
für z. B. 50 µs und gleichzeitig der Zähler angeschaltet (in
Schritt S4) und das Impulssignal daraufhin für 50 µs abge
stellt, um ein Treibersignal für die Infrarot-LED mit einer
Periodendauer von 100 ms zu produzieren (in Schritt S5).
Danach stellt der Mikrocomputer fest, ob das aufintegrierte
Signal des Kanals A, das dem Komparator (80) zugeführt ist,
einem Referenzspannungswert entspricht oder nicht (in Schritt
S6). Ist dies der Fall, wird die Anzahl der Signalimpulse ab
dem Start der Beaufschlagung der Infrarot-LED bis zur Überein
stimmung der obigen Signale in dem Zähler abgespeichert (in
Schritt S7) und ein Rücksetzsignal zur Entladung des Konden
sators C im Integratorteil (72) erzeugt (in Schritt S8).
Wenn das Signal des Kanals A den Referenzspannungswert in
Schritt S6 nicht erreicht hat, überprüft der Mikrocomputer in
einem Schritt S9, ob die Anzahl der gezählten Signalimpulse
größer als 200 ist oder nicht. Wenn die Anzahl größer als 200
ist, wird mit Schritt S7 fortgesetzt, ansonsten wird der Ver
fahrensablauf mit einer Schleife zum Schritt S4 zurückgeführt.
Die Zählanzahl 200 für das Impulssignal entspricht dabei einer
Zeitdauer von 20 ms, welches den unteren Grenzwert in dem Fall
darstellt, daß sich Objekte innerhalb des Minimalabstands be
finden oder die Integration wegen Rauschens gestoppt wird.
Dann wird ein Steuersignal zum Auswählen des Kanals B zum
Schalter (50) gesendet (in Schritt S10) und das im Kanal B
übertragene Signal im Kondensator C des Integratorteils (72)
zwecks Aufintegration geladen (in Schritt S11).
Das 10 kHz-Impulssignal wird zum Treiben der Infrarot-LED für
50 µs und ein Zähler wird angeschaltet (in Schritt S12) und das
Impulssignal daraufhin für 50 µs abgeschaltet, um das Treiber
signal für die Infrarot-LED mit einer Periodendauer von 100 µs
zu produzieren (in Schritt S13).
Daraufhin wird festgestellt, ob das dem Komparator (80) zuge
führte integrierte Signal des Kanals B einem Referenzspannungs
wert entspricht oder nicht (in Schritt S14), und wenn dies der
Fall ist, wird die Anzahl der Signalimpulse vom Starten der
Beaufschlagung der Infrarot-LED bis zu der Übereinstimmung der
Signale in dem Zähler gespeichert (in Schritt S15), wonach ein
Rücksetzsignal zum Entladen des Kondensators C des Integrator
teils (72) erzeugt wird (in Schritt S16).
Wenn das integrierte Signal des Kanals B, das dem Komparator
(80) übertragen wird, den Referenzspannungswert in Schritt S14
nicht erreicht hat, wird in einem Schritt S17 festgestellt, ob
die Anzahl von Signalimpulsen größer als 200 ist oder nicht.
Wenn die Anzahl größer als 200 ist, wird mit Schritt S15 fort
gesetzt, und wenn nicht, wird das Verfahren in einer Schleife
zum Schritt S12 zurückgeführt.
Danach wird festgestellt, ob jeder der Zählwerte der beiden
Kanäle A und B oberhalb des unteren Grenzwerts, d. h. über 20
ms, liegt (in Schritt S18), und wenn dies der Fall ist, wird
unterschieden, ob die Zählwerte über 10 sec liegen oder nicht
(in Schritt S19); liegen sie oberhalb 10 sec, wird dies dahin
gehend interpretiert, daß die Abbildungslinse in eine Unend
lichstellung bewegt wurde, und der Motor daraufhin gestoppt (in
Schritt S20); ist dies hingegen nicht der Fall, wird der Motor
in die Unendlichstellung bewegt, und der Verfahrensablauf in
einer Schleife zum Schritt S2 zurückgeführt (in Schritt S21).
Wenn die zu den Kanälen A und B gehörigen Zählwerte im Schritt
S18 unter 20 ms liegen, wird mit Schritten S22 bis S24 fort
gefahren und zunächst festgestellt, ob der Absolutwert der Dif
ferenz der beiden Zählwerte der Kanäle A und B kleiner ist als
ein Vorgabewert α (in Schritt S22). Ist der Absolutwert größer
als der Vorgabewert α, wird wiederum abgefragt, ob die Zähl
werte über 10 sec liegen oder nicht (in Schritt S23). Liegen
sie über 10 sec, wird dies dahingehend interpretiert, daß die
Abbildungslinse in die geringstmögliche Entfernungsstellung
bewegt wurde, und der Motor wird angehalten (in Schritt S24′).
Liegen die Zählwerte unter 10 sec, wird der Motor in die Stel
lung für geringstmögliche Entfernung rotiert und das Verfahren
in einer Schleife zum Schritt S2 zurückgeführt (in Schritt
S24). α stellt hierbei den Wert dar, wenn die Differenz der
Zählwerte der beiden Kanäle beträchtlich groß ist, d. h., wenn
Licht konzentriert auf ein Ende des lichtempfangenden Elements
(20) auftrifft.
Sind die Zählwerte A′ und B′ der Kanäle A und B im Schritt S22,
d. h. die Amplituden der Positionserkennungssignale der Kanäle A
und B, wenigstens annähernd gleich groß, so sind die Amplituden
der über diese Kanäle übertragenen Signale in Schritten S25 bis
S28 proportional zum Inversen der Zählwerte A′ und B′. Die
Amplitudendifferenz entspricht daher dem Verhältnis
(B′-A′)/(A′ B′), welches das Verhältnis der Differenz zum Produkt
dieser Zählwerte ist. Dieser Verhältniswert wird in einem
Register R5 abgespeichert (in Schritt S25). Die Summe der
Amplituden entspricht dem Verhältnis (A′ + B′)/(A′ B′), welches
das Verhältnis von Summe zum Produkt der Zählwerte ist. Dieser
Verhältniswert wird in einem Register R4 abgespeichert (in
Schritt S26). Das Verhältnis des im Register (R5) gespeicherten
Wertes zu dem im Register R4 gespeicherten Wert, d. h. das
Verhältnis (B′-A′)/(B′+A′), welches das Verhältnis von
Differenz zur Summe der Zählwerte ist, wird in einem Register
R3 abgespeichert (in Schritt S27). Die Leistung der Infrarot-
LED wird in Abhängigkeit von dem im Register R4 abgespeicherten
Wert ausgewählt (in Schritt S28).
Wie aus Fig. 10A ersichtlich, wächst der Zählwert um so mehr,
je weiter das Objekt, dessen Abstand zu messen ist, entfernt
ist, was demgemäß eine Erhöhung der benötigten Lichtabstrahl
intensität, d. h. der Leistung, der Infrarot-LED erfordert.
Erfindungsgemäß ist daher die Intensität des emittierten Lichts
der Infrarot-LED in vier Stufen abhängig vom Zählwert geteilt
und gesteuert, wobei sich zur Stabilisierung des Systems je
weils die vorderen und hinteren Enden jeder Stufe überlappen,
wenn von einer Stufe auf eine andere übergegangen wird. Diese
Überlappungsbereiche entsprechen einem Hystereseband.
In Schritten S29 bis S31 wird überprüft, ob eine Größenord
nungsänderung, d. h. ein Übertrag, des im Register R5 abge
speicherten Wertes erzeugt wurde oder nicht (in Schritt S29),
und wenn ein Übertrag vorliegt, wird der Motor in negativer
Drehrichtung bewegt (in Schritt S30), und wenn nicht, wird der
Motor in positiver Drehrichtung bewegt (in Schritt S31).
In Schritten S32 und S33 wird das Verhältnis (B′-A′)/(B′+A′),
also das im Register R3 gespeicherte Verhältnis von
Differenz zur Summe der Zählwerte, mit einem vorher fest
gelegten Fehlerwert ε verglichen, welcher das besagte Hysterese
band repräsentiert (in Schritt S32); wenn das Verhältnis
kleiner als der Fehlerwert ist, wird der Motor gestoppt, die
automatische Fokussierung ist beendet und es wird zum Schritt
S2 zurückgekehrt (in Schritt S33). Der Fehlerwert ε ist hierbei
beispielsweise auf einen Wert unterhalb 5% des in R3
gespeicherten Wertes gesetzt.
Wenn der im Register R3 abgespeicherte Wert im Schritt S32 über
dem Fehlerwert ε liegt, wird mit den Schritten S34 bis S37
fortgefahren. Zunächst wird festgestellt, ob der im Register R3
gespeicherte Wert oberhalb eines gesetzten Wertes K für einen
Antrieb mit geringer Geschwindigkeit (in Schritt S34) liegt.
Ist dies der Fall, wird der Motor (M) zur Rotation mit einer
hohen Geschwindigkeit mittels des pulsweitenmodulierten Signals
PWM (in den Schritten S35 und S37) angesteuert. Ist hingegen
der Wert in R3 kleiner als der gesetzte Wert K, wird die
Fokussierung durch Ansteuerung des Motors zur Rotation mit
einer geringen Geschwindigkeit durchgeführt und daraufhin zum
Schritt S2 zurückgekehrt (mit den Schritten S36 und S37). Der
Wert K ist beispielsweise auf einen Wert von 20% des im
Register R3 gespeicherten Wertes gesetzt.
Wie oben beschrieben, werden erfindungsgemäß die infinitesi
malen Ströme der beiden Kanäle, die von dem lichtempfindlichen
Geräteteil generiert werden, in einem einzigen Kanal verarbei
tet, wodurch sich der Aufbau vereinfacht. Außerdem wird das
Steuerungssignal zum Treiben der Infrarot-LED und des AF-Motors
softwaremäßig in einem Mikrocomputer verarbeitet, was die bei
Hardware-Implementationen auftretenden Schwierigkeiten der Ein
haltung der Charakteristika geringer Eingangsströme und kleiner
Offsetspannungen löst sowie die Zuverlässigkeit und die Stabi
lität des Systems erhöht.
Claims (20)
1. Autofokussiereinrichtung für eine Kamera, mit
- - einer lichtemittierenden Einheit (10) zur Emission von auf ein Objekt gerichteten Lichtimpulsen zur Messung der Entfer nung des Objekts;
- - einer lichtempfindlichen Einheit (20) mit einem ersten und einem zweiten Kanal zum Empfangen von an dem Objekt reflek tierten Licht und zur Erzeugung erster und zweiter Fotostrom signale in dem jeweiligen ersten und zweiten Kanal in Abhän gigkeit von der Lage eines Auftreffpunktes des von der licht emittierenden Einheit (10) auf ein Objekt gerichteten und von diesem reflektierten Lichts;
- - einem Treiber (100) zum Steuern der lichtemittierenden Einheit (10);
- - Wandlerelementen (30, 40) zur Umwandlung der ersten und zwei ten Fotostromsignale in erste und zweite verstärkte Span nungssignale;
- - einem Selektor (50) zum zeitabgeteilten Auswählen des ersten oder des zweiten Spannungssignals;
- - einer motortreibenden Einheit (110) zum Treiben eines die Fokussierung steuernden Motors (M); und
- - einem die motortreibende Einheit (110) ansteuernden Mikrocom
puter (90);
gekennzeichnet durch - - einen Bandpaßfilter (60), der das vom Selektor ausgewählte Ausgangssignal filtert und ein Signal einer einem Licht impuls der lichtemittierenden Einheit (10) entsprechenden Frequenz überträgt;
- - eine integrierende Einheit (70) zur Verstärkung des Bandpaß filter-Ausgangssignals und zur Integrierung des ersten und zweiten Spannungssignals;
- - eine Einheit (80) zum Vergleichen des ersten und zweiten
aufintegrierten Spannungssignals mit einer vorgegebenen
Referenzspannung und zur Erzeugung eines spezifischen Signals
in Abhängigkeit von dem Resultat des Vergleichs;
sowie dadurch, daß - - der Treiber (100) die Intensität des von der lichtemittieren den Einheit (10) emittierten, an dem Objekt reflektierten und in der lichtempfindlichen Einheit (20) empfangenen Lichts steuert, um Lichtmengenänderungen aufgrund der Entfernung zwischen der lichtemittierenden Einheit (10) und dem Objekt und aufgrund der Reflexionscharakteristika des Objekts auszu gleichen;
- - die Wandlerelemente (30, 40) durch Umgebungslicht erzeugte Überströme der ersten und zweiten Fotostromsignale besei tigen;
- - der Mikrocomputer (90) ein Signal zum Aussetzen der Integrie rungsoperation erzeugt, wenn der integrierte Spannungswert gleich ist mit dem vorgegebenen Referenzspannungswert;
- - der Mikrocomputer (90) ein Signal zum Antreiben des Fokus siermotors (M) erzeugt, bis der erste und zweite verstärkte Spannungswert gleich sind mit dem vorgegebenen Spannungswert;
- - der Mikrocomputer (90) ein Signal zur Steuerung der Intensi tät des von der lichtemittierenden Einheit (10) abgegebenen Lichts erzeugt, welches auf einer Summe der Integrationszei ten des ersten und des zweiten verstärkten Spannungswerts basiert; und daß
- - die motortreibende Einheit (110) die Drehgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Differenz der Integrationszeiten des ersten und zweiten verstärkten Spannungswerts steuert.
2. Autofokussiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Strom/Spannungs-
Wandlerelementen (30, 40) folgende Elemente enthalten:
- - ein Strom/Spannungs-Wandlerteil (32, 42) zur Umwandlung eines von der lichtempfindlichen Einheit (20) generierten Foto stromsignals in ein Spannungssignal;
- - einen Hochpaßfilter (33) zur Beseitigung von Rauschen von den von dem Strom/Spannungs-Wandlerteil (32, 42) zugeführten Si gnalen; und
- - einen Schaltkreis (31, 41) zur Beseitigung eines Stroms auf grund von Umgebungslicht, mit einem zwischen Eingangs- und Entnahmepunkt des Strom/Spannungs-Wandlerteils (32, 42) ge schalteten Transistor (TR1, TR2), der leitend geschaltet wird, wenn ein vom Umgebungslicht verursachter direkter Strom an seinem Kollektoranschluß anliegt, und mit einem Kondensa tor (C1, C3) und Widerständen (R1, R3; R5, R6), die derart mit dem Transistor (TR1, TR2) verbunden sind, daß bei umge bungslichtbedingter Zunahme des Stroms der Transistor (TR1, TR2) leitend geschaltet wird, um einen Rückkopplungswider stand des Strom/Spannungs-Wandlerteils (32, 42) über den Kondensator (C1, C3) und die Widerstände (R1, R3; R5, R6) zu minimieren.
3. Autofokussiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Selektor (50) ein Steuersignal
vom Mikrocomputer (90) erhält und in Abhängigkeit von diesem
Steuersignal sequentiell die Ausgangssignale der beiden Kanäle
jeweils für eine vorgewählte Abtastdauer auswählt.
4. Autofokussiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Selektor (50) aus einem Analogschalter
besteht.
5. Autofokussiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandpaßfilter (60) einen
Hochpaßfilter umfaßt, der eine Frequenzkomponente eines Licht
impulses der lichtemittierenden Einheit (10) filtert und ver
stärkt.
6. Autofokussiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierende Einheit (70)
folgende Elemente enthält:
- - einen nichtinvertierenden Verstärkerschaltkreis (71) zur Verstärkung der im vorgeschalteten Filter (60) gefilterten Signale; und
- - einen Integratorteil (72) zum Aufintegrieren eines Eingangs signals, wenn das vom nichtinvertierenden Verstärkerschalt kreis (71) zugeführte Signal größer als eine vorgewählte Referenzspannung ist, und für eine Klemmung des Ausgangs signals, wenn das Ausgangssignal des nichtinvertierenden Verstärkungsschaltkreises (71) kleiner als die vorgegebene Referenzspannung ist.
7. Autofokussiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinheit (80) einen
Komparator enthält, der auf einen vorgewählten Pegel gesetzt
wird, wenn im verstärkenden Integrator ein resultierender Wert
erhalten wird, der einen vorgewählten Spannungspegel erreicht
oder überschreitet.
8. Autofokussiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer folgende
Signale erzeugt:
- - ein Impulssignal einer vorgegebenen Frequenz zum Treiben der lichtemittierenden Einheit (10);
- - ein erstes Steuersignal für die lichtemittierende Einheit (10) zum Regulieren der Intensität des emittierten Lichts;
- - ein Schaltsignal zum Steuern des Entladens der integrierenden Einheit (70) in Abhängigkeit von der spezifischen Signalaus gabe der vergleichenden Einheit (80), wobei die spezifische Signalausgabe angibt, daß der integrierte Spannungswert über dem vorgegebenen Spannungswert liegt;
- - ein zweites Steuersignal zum Steuern der Drehrichtung des Motors (M) in Abhängigkeit der Integrationszeiten des ersten und zweiten Fotostromsignals; und
- - ein pulsweitenmoduliertes Signal zum Regulieren der Geschwin digkeit des Motors (M) in Abhängigkeit der Integrationszeiten des ersten und zweiten Fotostromsignals.
9. Autofokussiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß der Treiber (100) für das
lichtemittierende Element folgende Elemente enthält:
- - einen Schaltkreis (101) zum Anschalten und Abschalten einer als lichtemittierendes Element (10) dienenden Infrarot- LED in Abhängigkeit von einem vom Mikrocomputer (90) zuge führten Impulssignal vorgewählter Frequenz; und
- - einen Schaltkreis (102) zur Steuerung der Abstrahlintensität der Infrarot-LED, welchem ein Steuersignal vom Mikrocomputer (90) zugeführt ist, um die Lichtintensität des lichtemittie renden Elements (10) einzustellen.
10. Autofokussiereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Steuersignal vom Mikrocomputer (90) den
Schaltkreis (102) zur Steuerung der Abstrahlintensität der
Infrarot-LED in vier Leistungsstufen steuert.
11. Autofokussiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß der Treiber (100) für das
lichtemittierende Element (10) letzteres in vorgewählten
Stufenhöhen aufgrund empfangener Steuersignale vom Mikrocomputer
(90) ansteuert.
12. Autofokussiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß der Motortreiber (110) folgende
Elemente enthält:
- - einen Schaltkreis (111) zur Steuerung der Rotationsrichtung des Motors (M); und
- - einen Schaltkreis (112) zur Steuerung der Rotationsgeschwin digkeit des Motors (M).
13. Autofokussiereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (112) zur Motorgeschwin
digkeitssteuerung die Geschwindigkeit des Motors (M) niedrig
einstellt, wenn ein Steuersignal für niedrige Geschwindigkeit,
das vom Mikrocomputer (90) zugeführt wird und ein pulsweiten
moduliertes Signal ist, einem entsprechenden Anschlußkontakt
für niedrige Geschwindigkeit zugeführt wird.
14. Autofokussiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
13, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer (90) die
motortreibende Einheit (110) so steuert, daß der Motor in eine
Unendlichstellung gedreht wird, wenn die Integrationszeiten des
ersten und zweiten verstärkten Spannungssignals oberhalb eines
vorgegebenen unteren Grenzwerts und unterhalb eines vorgegebe
nen oberen Grenzwerts liegen, und daß der Motor eine geringst
mögliche Entfernungsstellung einnimmt, wenn die Integrations
zeiten des ersten und zweiten verstärkten Spannungssignals
unterhalb des unteren Grenzwerts und oberhalb des oberen
Grenzwerts liegen.
15. Verfahren zur automatischen Fokussierung für eine Auto
fokussiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem
eine lichtemittierende Einheit (10) zum Aussenden eines Meß
lichtimpulses und eine lichtempfindliche Einheit (20) mit zwei
Kanälen zum Detektieren des von einem zu betrachtenden Objekt
reflektierten Lichts verwendet werden, gekennzeichnet durch
folgende Schritte:
- - zeitabgeteiltes Auswählen eines Spannungssignals von einem der beiden Kanäle der lichtempfindlichen Einheit (20);
- - Integrieren des ausgewählten Spannungssignals;
- - Detektieren der Integrationszeit durch Zählen der Zeit bis eines der ausgewählten Spannungssignale mit einer vorgegebe nen Referenzspannung gleich ist;
- - Fokussierung auf unendliche Entfernung, wenn die Zeitzähl werte der Spannungssignale beider Kanäle oberhalb eines vor gegebenen unteren Grenzwerts und unterhalb eines vorgegebenen oberen Grenzwerts liegen;
- - Fokussierung auf nächstmögliche Entfernung, wenn die Zeit zählwerte der Spannungssignale beider Kanäle unterhalb des vorgegebenen unteren Grenzwerts und oberhalb des vorgegebenen oberen Grenzwerts liegen; und
- - Steuerung von Drehrichtung und Geschwindigkeit der Fokussie rung, wenn der erste und der zweite Zählwert unterhalb des unteren Grenzwerts liegen und einander gleich sind.
16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch
folgende weitere Schritte:
- - Emittieren von auf ein festes Objekt gerichteten Lichtimpul sen um eine Entfernung zu dem Objekt zu messen;
- - Erfassen von jeweils ersten und zweiten Fotostromsignalen beider Kanäle, die von dem vom Objekt reflektierten Licht erzeugt werden;
- - Steuern der Intensität des im ersten Schritt emittierten Lichts, um Änderungen der vom Objekt reflektierten Licht menge auszugleichen und um die Objektentfernung auszugleichen;
- - Umwandeln der Fotostromsignale der beiden Kanäle in erste und zweite verstärkte Spannungssignale und Beseitigen von durch Umgebungslicht erzeugten Überströmen;
- - zeitabgeteiltes Auswählen eines der ersten und zweiten ver stärkten Spannungswerte und Übertragen des ausgewählten Spannungswerts in einem gemeinsamen Kanal;
- - Filtern des ausgewählten Signals und Übertragen nur des Teils des ausgewählten Signals, der eine Frequenz aufweist, die einer Frequenz der im ersten Schritt emittierten Lichtimpulse entspricht;
- - Aufintegrieren des gefilterten Signals;
- - Vergleichen des integrierten Spannungssignals mit einer vor gegebenen Referenzspannung und Erzeugung eines spezifischen Signals in Abhängigkeit zu dem Resultat des Vergleichs;
- - Steuern der Integrationsoperation bis der im integrierenden Schritt erhaltene integrierte Spannungswert die vorgegebene Referenzspannung erreicht;
- - Steuern eines Fokussiermotors bis die Integrationszeiten der integrierten Signale übereinstimmen; und
- - Steuern der Geschwindigkeit des Fokussiermotors in Abhängig keit von den Integrationszeiten der integrierten Signale.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
die Intensität des emittierten Lichts in vier Leistungspegel
stufen gesteuert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, gekennzeichnet
durch den weiteren Schritt:
- - Steuern der positiven oder negativen Drehrichtung des Motors in Abhängigkeit von einem Richtungssteuersignal, welches durch die Differenz der Integrationszeiten der integrierten Signale festgelegt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, gekenn
zeichnet durch die folgenden weiteren Schritte:
- - Steuern der Intensität der Lichtimpulse zur Fokussiermessung an Hand der Summe einer Zeitzählung jedes der Spannungssignale;
- - Treiben eines Motors in positiver oder negativer Drehrichtung abhängig davon, ob oder ob nicht ein Übertrag resultiert aus der Verhältnisbildung der Differenz der Zeitzählwerte des ersten und zweiten Spannungssignals zu dem Produkt der Zeit zählwerte des ersten und zweiten Spannungssignales;
- - Treiben des Motors mit geringer Geschwindigkeit, wenn die Zeitzählwerte des ersten und des zweiten Spannungswerts ober halb eines unteren Grenzwerts und unterhalb eines oberen Grenzwerts liegen; und
- - Treiben des Motors mit hoher Geschwindigkeit, wenn die Zeit zählwerte des ersten und des zweiten Spannungswerts beide oberhalb des oberen Grenzwerts liegen.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, gekenn
zeichnet durch die weiteren Schritte:
- - Treiben des Fokussiermotors in eine Unendlichstellung, wenn die Integrationszeit der integrierten Signale oberhalb eines unteren Grenzwerts und unterhalb eines oberen Grenzwerts liegt; und
- - Treiben des Fokussiermotors in eine geringstmögliche Entfer nungsstellung wenn die Integrationszeit der integrierten Si gnale unterhalb des unteren Grenzwerts liegt.
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