DE3005044C2 - Fokussierungsermittlungseinrichtung für eine Kamera - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fokussierungsermittlungseinrichtung für eine Kamera, bei welcher die korrekte Fokussierungsposition automatisch ermittelt und die Kameralinse entsprechend eingestellt wird, bestehend aus mindestens zwei Gruppen von Lichtaufnahmeelementen, von denen wenigstens eine Gruppe effektiv in einer Ebene vor einer Soll-Abbildungsebene und eine andere Gruppe effektiv in einer Ebene hinter der Soll-Abbildungsebene angeordnet ist, aus einer elektronischen Schaltung zur Auswertung der Ausgangssignale der Gruppen der Lichtaufnahmeelemente zur Ermittlung des Ausmaßes der Fokussierung in den Ebenen, in denen die Gruppen der Lichtaufnahmeelemente liegen, wobei die elektronische Schaltung die Summe der Helligkeitsdifferenzen zwischen den Nachbarelementen mit der Summe der Helligkeitsdifferenzen zwischen den Nachbarelementen der anderen Gruppe von Lichtaufnahmeelementen vergleicht und ein die Fehlfokussierung angebendes Differenzsignal erzeugt, welches zur Korrektur der Fokussierungseinstellung verwendbar ist

Eine derartige Fokussierungsermittlungseinrichtung ist aus der DE-OS 28 36 428 bekannt Bei dieser bekannten Fokussierungsermittlungseinrichtung ist in dem optischen Pfad der Kameralinse ferner eine Lichtteilervorrichtung angeordnet, durch die ein Teil des Lichtes aus dem optischen Pfad der Kameralinse entsprechend einem zweiten optischen Pfad abgezweigt wird. In dem zweiten optischen Pfad ist eine weitere Lichtteilervorrichtung angeordnet, die das Licht entsprechend einem dritten und einem vierten optischen Pfad aufteilt In dem dritten optischen Pfad .kann eine Gruppe von Lichtaufnahmeelementen angeordnet sein und schließlich kann in dem vierten optischen Pfad eine Lichtablenkvorrichtung angeordnet sein, die das Licht effektiv zu einer zweiten Gruppe von Lichtaufnahmeelementen zuführt Mit Hilfe dieser bekannten Fokussierungsermittlungseinrichtung ist jedoch eine automatische Fokussierungsbinstellung dann nicht mehr möglich, wenn die Linse eine erhebliche Fehlfokussierung aufweist

Aus der DE-OS 28 14 265 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Korrektur der Einstellung eines Mikroskops bekannt, wobei gemäß diesem bekannten Verfahren zwei Bilder des gleichen Gegen-Standes über zwei Ausgänge des Mikroskops gebildet werden, die in zwei verschiedenen Bildebenen liegen, die die Beobachtungs-Bildebene einschließen. Die Lichtstärke verschiedener Punkte der beiden Bilder wird mit Hilfe zweier Fotodetektor-Matrixanordnungen erfaßt und es wird ausgehend von den in jedem der Fotodetektoren enthaltenen Signalen der Kontrast der beiden Bilder gemessen. Anschließend werden die beiden gemessenen Kontrastwerte miteinander verglichen und es wird aus diesem Vergleich ein Korrektursignal erzeugt, das eine Funktion der Abweichung zwischen den beiden Kontrastwerten ist, wobei dieses Korrektursignal dann dazu verwendet wird, eine Korrektureinrichtung für die Einstellung des Mikroskops anzusteuern, um die Fokussierungsabweichung auszugleichen. Aus der DE-OS 28 09 530 ist eine automatische Fokussierungscinrichtung für eine Kamera bekannt, welche von einem zu fotografierenden Objekt ausgehendes Licht auf zwei lichtempfindliche Elemente reflektiert, deren Ausgangssignale in einer Vergleichsschaltung miteinander verglichen werden und das Vergleichsergebnis zur Steuerung einer Fokussierungslinse zur Durchführung einer automatischen Brennweiteneinstellung bzw. Fokussierung verwendet wird. Diese bekannte automatische Fokussierungseinrichtung enthält speziell zwei lichtempfindliche Elemente, die das von einem Objekt ausgehende Licht über zwei im Abstand zueinander angeordnete Spiegel jeweils empfangen, wobei die Ausgänge dieser lichtempfindlichen Elemente mit einer Vergleichsstufe verbunden sind, die durch einen Betriebsartenschalter gesteuert werden kann. Das dadurch erhaltene Differenzsignal der Vergleichsstufe gelangt dann zu einer Vergleichssteuerschaltung, die auch ein zweites Eingangssignal von einem Linsenpositionsdetektor empfängt. Das genannte Ausgangssignal der Vergleichsstufe gelangt darüber hinaus zu einem Kontrastsensor, der abhängig von der Signalhöhe des Ausgangssignals der Vergleichsstufe arbeitet und den Kontrast des Objekts erfaßt. Dieser Kontrastsensor erzeugt

ein Signal, wenn der Kontrast des Objektes unterhalb eines Schwellenwertes liegt wobei dieser Schwellenv.'ert den bestimmten Wert angibt, der zur Durchführung einer automatischen Fokussierungsoperation erforderlich ist Bei diesem bekannten System ist somit ein Linsenpositionsdetektor erforderlich. Ferner wird bei dem bekannten System der Kontrastwert vollkommen unabhängig von der Stellung der Objektivlinse ermittelt bzw. beurteilt

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, die Fokussierungüermittlungseinrichtung der eingangs definierten Art insbesondere derart zu verbessern, daß auch extreme Defokussierungszustände miterfaßt werden können und eine exakte Fokussierungseinstellung auch bei Störeinflüssen, wie beispielsweise Rauschen, möglich ist

Ausgehend von der Fokussierungsermittlungseinrichtung der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen Fensterkomparator, der das Differenzsignal empfängt und feststellt ob der Unterschied zwischen den Kontrastausgangssignalen der Gruppen von Lichtaufnahmeelementen unter Berücksichtigung des Rauschens innerhalb eines bestimmten Bereiches liegt bzw. als Null betrachtet werden kann, durch einen Komparator, der feststellt, ob das Kontrastausgangssignal einer der Gruppen der Lichtaufnahmeelemente höher als ein vorgegebener Pegel ist und durch eine dem Fensterkomparator und dem Komparator nachgeschaltete logische Schaltung zur logischen Auswertung der Ausgangsgrößen dieser Komparatoren.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Fokussierungsermittlungseinrichtung wird beispielsweise ein Linsenpositionsdetektor wie bei den geschilderten bekannten Systemen überflüssig, weil die Fokussierungseinstellung bzw. bereits das vom Objekt abgegebene Licht durch die Objektivlinse auf die lichtempfindlichen Elemente geworfen wird, so daß der von den lichtempfindlichen Elementen bzw. Gruppen von Elementen ermittelte Kontrastwert von der Position der Objektivlinse abhängig ist. Bei der Fokussierungsermittiungseinrichtung nach der Erfindung gelangt auch das sogenannte Kontrastfokussierungsermittlungsverfahren zur Anwendung, bei welchem der Kontrastwert sich abhängig von der Position der Objektivlinse ändert. Daher ist es bei dem System nach der Erfindung auch möglich, den relativ weit außerhalb des Fokussierungsbereiches liegenden Bereich zu erfassen, in dem die Objektivlinse liegen kann, wobei sie sehr weit von der richtigen Fokussierungsstelle entfernt ist.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild einur Ausführungsform einer Verarbeitungsschaltung zur Verarbeitung der Ausgangssignale der Sensoren,

Fig.2 ein Schaltbild eines Fensterkomparators 29, der in der Schaltung nach Fig.! verwendet wird,

Fi g. 3 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Verarbeitungsschaltung zur Verarbeitung der Ausgangssignale der Sensoren.

Fig. 4 eine Darstellung zur Beschreibung der Arbeitsweise einer weiteren Ausführungsform der Fokussierungsermittlungseinrichtung,

Fig. 5 ein Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Verarbeilungsschaltung zur Verarbeitung der Ausgänge der Sensoren nach F i g. 4.

F i g. 1 stellt ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer Verarbeitungsschaltung zur Verarbeitung der Ausgangssignale der Sensoren dar. Es wird nunmehr die Betriebsweise der Verarbeitungsschaltung erläutert, die durchgeführt wird, bis ein Differenzausgangssignal zwischen den Kontrastausgangssignalen von den Ausgangsklemmen der Sensoren erhalten wird.

In der Schaltung nach F i g. 1 weist jeder der Sensoren 3 und 5 jeweils 5 Lichtaufnahmeelemente auf, die bezüglich ihrer fotoelektrischen Eigenschaften gleich sind. Die Ausgangssignale zweier benachbarter Lichtaufnahmeelemente werden durch eine Schaltung 19 verglichen, um den Absolutwert des Unterschieds zwischen den Ausgangssignalen zu ermitteln. Die auf diese Weise erhaltenen Absolutwerte werden in der Addiererschaltung 20 addiert, wodurch ein Kontrastausgangssignal geliefert wird.

Gemäß F i g. 1 werden die Kontrastausgangssignale der Sensoren 3 und 5 mittels der Schaltungen 19 und 20 erhalten. Der Unterschied zwischen den beiden Kontrastausgangssignalen wird durch einen Differentialverstärker 21 ermittelt, wobei als Ergebnis ein Signal für eine vordere Fokussierung, eine ordnungsgemäße Fokussierung oder eine rückwärtige Fokussierung geliefert wird.

Obgleich zwei Reihen Sensoren 3 und 5 verwendet werden, können die Sensoren 3 und 5 auf dem gleichen Substrat angeordnet sein.

Ist insbesondere das Kontrastausgangssignal des Sensors 5 größer als jenes des Sensors 3, so wird ein positives Signal erhalten, während ein Nullsignal erhalten wird, wenn beide Kontrastausgangssignaie einander gleich sind und ein negatives Signal, wenn das Kontrastausgangssignal des Sensors 5 kleiner als jenes des Sensors 3 ist. Somit wird ein Nullsignal erhalten, wenn der korrekte Fokussierungspunkt erreicht ist, ein positives Signal für vordere Fokussierung und ein negatives Signai für rückwärtige Fokussierung.

Das von einem Differentialverstärker 21 erzeugte Differenzsignal wird einem Fensterkomparator 29 zugeführt, der in F i g 2 dargestellt ist. Der Komparator 29 ermittelt, ob der Unterschied zwischen den Kontrastausgangssignalen der Sensoren 3 und 5 unter Berücksichtigung des Rauschens als null betrachtet werden kann. Falls der Unterschied als null angesehen werden kann, liefert der Schaltkreis 29 einen hohen Logik-Pegel, oder 1-Wert. Ein Komparator 30 bestimmt, ob das Kontrastausgangssignal des Sensors 5 höher als der vorgegebene Pegel ist. Da das Kontrastsignal eine Spannung darstellt, wird diese mit einer konstanten Spannung einer Spannungsquelle 31 verglichen. Ist das Kontrastsignal größer als die konstante Spannung, so liefert der Komparator 30 ein »!-Signal«. Die Ausgangssignale der Schaltkreise 29 und 30 werden einer UND-Schaltung 32 zugeführt. Sind beide Ausgänge auf einem I-Pegel, so liefert die UND-Schaltung 32 ein I-Ausgangssignal, welches eine korrekte Fokussierung anzeigt

bo Der Unterschied zwischen den Kontrastausgangssignalen der Sensoren 3 und 5 wird durch die Schaltung 21 in der vorausgehend beschriebenen Weise erfaßt. Ist das erhalune Ausgangssignal positiv, so ist die Linse hinter dem Objekt fokussiert (rückwärtige Fokussierung), während bei einem negativen Ausgangssignal die Linse vor dem Objekt fokussiert ist (vordere Fokussierung).

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Verarbeitungsschaltung ist in F i g. 3 dargestellt, in welcher eine Addie-

rer-Schaltung 36 vorgesehen ist, wobei die Summe der beiden Kontrastausgangssignale dem Komparator 30 zugeführt wird. In diesem Falle kann die Bezugs- oder Vergleichsspannung so hoch wie vorausgehend beschrieben eingestellt werden, so daß der Fokussierungsermittlungsvorgang durch Rauschen sehr wenig beeinträchtigt wird. Ein selbstabtastender Bildsensor kann als Sensor in der Verarbeitungsschaltung gemäß F i g. 3 verwendet werden.

Es wird nunmehr eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fokussierungsermittlungseinrichtung beschrieben, bei welcher drei Sensoren verwendet werden. F i g. 4 stellt eine Darstellung für die Beschreibung des Arbeitsprinzips dieser Ausführungsform dar. Die drei Sensoren 3, 5 und 40 sind gemäß F i g. 4 angeordnet. Positionen der Sensoren 3 und 5 sind die gleichen, wie im Falle der Fig. 1. Jedoch weist der zusätzliche Sensor 40 einen Abstand F vom Sensor 5 an der gleichen Seite der Filmoberfläche 4 auf.

Die Anordnung des Sensors 40 erhöht den Linsenvorschubbereich der Linse um F.

Ist das Ausgangssignal des Sensors 40 größer als jenes des Sensors 3, kann festgestellt werden, daß die Linse eine rückwärtige Fokussierung hat. Wird andererseits ein sich in unendlicher Entfernung befindliches Objekt durch eine fotografische Linse betrachtet, die für ein nahes Objekt eingestellt ist, so sind die Unterschiede zwischen den Sensoren 3,5 und 40 typischerweise nicht größer als das Rauschen. Im Falle einer rückwärtigen Fokussierung ist das Ausgangssignal des Sensors 3 kleiner als jenes des Sensors 5 oder 40, woraus entnommen werden kann, daß eine rückwärtige Fokussierung vorliegt. Daher sollte für eine fotografische Linse mit großem Durchmesser und einem längeren Linsenvorschubbereich ein zusätzlicher Sensor ähnlich dem Sensor 40 vorgesehen werden, um den Erfassungsbereich zu vergrößern.

Es wird nunmehr eine Verarbeitungsschaltung beschrieben, in welcher drei Fokussierungssignale, nämlich jene zur Anzeige von Signalen für eine vordere Fokussierung, eine rückwärtige Fokussierung und eine korrekte Fokussierung, aus den Ausgangssignalen der Sensoren erhalten werden. Bei diesem Beispiel besteht jeder der Sensoren 3,5 und 40 aus sechs Lichtaufnahmeelementen, die gleichförmige fotoelektrische Eigenschaften aufweisen. Die Ausgangssignale zweier benachbarter Lichtaufnahmeelemente werden miteinander in einer Schaltung 19 verglichen, wobei der Absolutwert des Unterschieds zwischen den Ausgangssignalen erhalten wird. Die durch die Schaltung erhaltenen absoluten Werte werden in einer Addiererschaltung 20 summiert, wodurch das Kontrastausgangssignal des jeweiligen Sensors erhalten wird.

Auf diese Weise werden Kontrastausgangssignale 3a, 5a und 40a der Sensoren 3,5 und 40 durch die jeweilige Schaltung 20 erhalten. Wie vorausgehend beschrieben, ist wenn 3a < 5a oder 3a < 40a, die Linse hinter dem Objekt fokussiert und, wenn 3a = 5a und 3a oder 5a positiv ist, so ist die Linse korrekt am Objekt fokussiert. Im verbleibenden Fall ist die Linse vor dem Objekt fokussiert Um diese Entscheidung zu treffen, wird das Kontrastausgangssignal 3a mit dem Kontrastausgangssignal 5a in einen Differentialverstärker 21 verglichen. Der im einzelnen in F i g. 2 dargestellte Komparator 29 bestimmt unter Berücksichtigung von Rauschen oder dergleichen, ob der Unterschied zwischen den Ausgangssignalen 3a und 5a null ist Ist der Unterschied tatsächlich null, so wird das Ausgangssignal des Schaltkreises 29 auf »I« angehoben. Ein Komparator 30 ermittelt, ob das Ausgangssignal 5a positiv ist oder nicht. Ist das Ausgangssignal 5a positiv, so wird das Ausgangssignal des Komparator 30 auf »I« eingestellt. Die Ausgangssignale der beiden Komparatoren 29 und 30 werden einer UND-Schaltung 32 zugeführt. Liegen die beiden Ausgangssignale auf »I«, so gibt die UND-Schaltung 32 ein »/« Signal ab, welches ein Signal für korrekte Fokussierung darstellt. Ist die fotografische Linse nicht korrekt auf das Objekt fokussiert, so stellt das Ausgangssignal der UND-Schaltung 32 einen »0«-Pegel dar.

Es wird nunmehr die Betriebsweise der Erfassungsschaltung für die Richtung der Fehlfokussierung be- schrieben. Die Kontrastausgangssignale 3a und 5a werden in einem Komparator 44 verglichen, ist das Kontrastausgangssignal 5a größer als das Kontrastausgangssignal 3a, so liefert der Komparator 44 ein »!«-Signal. Dabei kann das Kontrastausgangssignal 5a wegen des Vorliegens von Rauschen in einem bestimmten Bereich, größer als das Ausgangssignal 3a sein. Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, wird eine analoge Addiererschaltung 45 verwendet, um das Signal 3a anzuheben. Jedoch sollte bei einer rückwärtigen Fokussierung das angehobene Signal als Folge der Erhöhung nicht größer als die Kontrastausgangssignale 5a und 40a im Bereich I sein.

Um fehlerhafte Signale als Folge eines Rauschens zu verhindern, wird das Kontrastausgangssignal 3a mit dem Kontrastausgangssignal 5a im Komparator 44 verglichen. Ist das Kontrastausgangssignal 5a größer als das Kontrastausgangssignal 3a, so liefert der Komparator 40 das »!«-Signal. Das Kontrastausgangssignal wird mit dem Kontrastausgangssignal 40a in einem Komparator 46 verglichen. Ist das Kontrastausgangssignal 40a größer, so liefert der Komparator 46 ein »!«-Ausgangssignal. Die Ausgangssignale der Komparatoren 44 und 46 werden einer ODER-Schaltung 47 zugeführt. Ist das Ausgangssignal des Komparators 44 oder 46 auf dem »I«-Pegel, so erzeugt die ODER-Schaltung 47 ein »!«-Ausgangssignal. Somit ist am korrekten Fokussierungspunkt das Ausgangssignal der UND-Schaltung 32 auf »/«, bei einer vorderen Fokussierung ist das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 47 auf »0« und bei einer rückwärtigen Fokussierung ist das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 47 auf »I«.

Sind zwei Sensoren vorgesehen, so genügt ein Abstand von einem bis mehreren Millimetern zwischen diesen beiden Sensoren.

Werden drei Sensoren verwendet, so kann die Anordnung unter Verwendung der Technik integrierter Schaltkreise als flache Anordnung ausgebildet sein. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel, kann ein selbstabtastender Bildsensor als Sensor verwendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Fokussierungsermittlungseinrichtung für eine Kamera, bei welcher die korrekte Fokussierungsposition automatisch ermittelt und die Kameralinse entsprechend eingestellt wird, bestehend aus mindestens zwei Gruppen von Lichtaufnahmeelementen, von denen wenigstens eine Gruppe effektiv in einer Ebene vor einer Soll-Abbildungsebene und eine andere Gruppe effektiv in einer Ebene hinter der Soll-Abbildungsebene angeordnet ist, aus einer elektronischen Schaltung zur Auswertung der Ausgangssignale der Gruppen der Lichtaufnahmeelemente zur Ermittlung des Ausmaßes der Fokussierung in den Ebenen, in denen die Gruppen der Lichtaufnahmeeiemente liegen, wobei die elektronische Schaltung die Summe der Helligkeitsdifferenzen zwischen den Nachbarelementen mit der Summe der Helligkeitsdifferenzen zwischen den Nachbarelementen der anderen Gruppe von Lichtaufnahmeelementen vergleicht und ein die Fehlfokussierung angebendes Differenzsignal erzeugt, welches zur Korrektur der Fokussierungseinstellung verwendbar ist, g e kennzeichnet durch einen Fensterkomparator (29), der das Differenzsignal empfängt und feststellt, ob der Unterschied zwischen den Kontrastausgangssignalen der Gruppen (3, 5) von Lichtaufnahmeelementen unter Berücksichtigung des Rauschens innerhalb eines bestimmten Bereiches liegt bzw. als Null betrachtet werden kann, durch einen Komparator (30), der feststellt, ob das Kontrastausgangssignal einer (5) der Gruppen der Lichtaufnahmeelemente höher als ein vorgegebener Pegel ist, und durch eine dem Fensterkomparator (29) und dem Komparator (30) nachgeschaltete logische Schaltung (32) zur logischen Auswertung der Ausgangsgrößen dieser Komparatoren (29,30).

2. Fokussierungsermittlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fensterkomparator (29) und der Komparator (30) über ein L)ND-Glied (32) miteinander verknüpft sind.

3. Fokussierungsermiulungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Addierschaltung (36) an den Ausgang der elektronischen Schaltung angeschlossen ist, welche die Summe der beiden Kontrastausgangssignale bildet, und das der Summe entsprechende Signal dem Komparator (30) zuführt.