DE2549704C2 - Schaltungsanordnung in einem automatischen Fokussiersystem für optische Geräte - Google Patents
Schaltungsanordnung in einem automatischen Fokussiersystem für optische GeräteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung in einem automatischen Fokussiersystem für optische
Geräte, insbesondere Kameras, bei welcher durch optische Hilfssysteme erzeugte licht-elektrische Signale
miteinander verglichen und die Vergleichssignale einer summierenden Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt
werden, die ihrerseits bis zum Vorliegen eines Minimumsignals verschiebend auf ein optisches Hauptsystem
und eines der Hilfssysteme einwirkt.
In der DE-OS 24 32 067 ist ein automatisches Fokussiersystem für optische Geräte vorgeschlagen
worden, bei dem ein Bild des aufzunehmenden Objektes außer auf einem Film zusätzlich mittels zweier
Hilfslinsen auf zwei diesen zugeordneten lichtempfindlichen Empfangseinrichtungen abgebildet wird. Die
lichiempflichen Empfangseinrichtungen weisen jeweils eine Anzahl lichtempfindlicher Elemente auf, die in
Abhängigkeit von ihrer Beleuchtung elektrische Signale abgeben, von denen durch Zusammenschalten zweier
einander zugeordneter lichtempfindlicher Elemente jeweils das Differenzsigna' gebildet wird. Die Differenzsignale
werden einer Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt, deren Ausgangssignal über eine nachgeschaltete
Steuereinrichtung so lange auf die Linsen des optischen Hauptsystems und des einen Hilfssystems
verschiebend einwirkt, bis das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinrichtung einen Minimalwert aufweist.
Die gemäß diesem älteren Vorschlag erhaltenen Differenzsignale sind in ihrer Größe bei ungleichen
Lichtverteilungsmustern auf den beiden lichtempfindlichen Empfangseinrichtungen von der Helligkeit des
aufzunehmenden Objektes abhängig. Entsprechend unterliegt das Minimumsignal am Ausgang der Signalverarbeitungseinrichtung
Schwankungen in Abhängigkeit von der Helligkeit des aufzunehmenden Objektes.
Dieser Sachverhalt bereitet insofern Schwierigkeiten als die nachgeschaltete Steuereinrichtung sodann nicht
weiß, bei welchem Minimumpegel des Ausgangssignals der Signalverarbeitungseinrichtung die Bewegung der
Objekiivlinse und der Hilfslinse angehalten werden
JO muli
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das automatische Fokussiersystem der eingangs genannten
Art so zu verbessern, daß das am Ausgang der Signalverarbeitungseinrichtung anstehende Signal von
der Helligkeit des aufzunehmenden Objektes unbeeinflußt bleibt. Das auf Grund gleicher Lichtverteilungsmuster
auf den beiden lichtempfindlichen Empfangseinrichtungen erzeugte und der Fokussierung entsprechende
Minimumsignal soll erfindungsgemäß in seinem
Pegel nicht variieren. Die Lösung dieser Aufgabe
gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten
Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Anhand eines in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung
im folgenden näher erläutert werden. Es zeigt
F i g. 1 ein automatisches Fokussiersystem gemäß der Erfindung und
Fig.2 ein den Grad der Fokussierung am Ausgang
Fig.2 ein den Grad der Fokussierung am Ausgang
so der Signalverarbeitungseinrichtung darstellendes Diagramm.
Gemäß Fig. 1 weist das erfindungsgemäße Fokussiersystem
eine erste und eine zweite lichtempfindliche Empfangseinrichtung 1 und 3 auf. Jede der lichtempfind-
liehen Empfangseinrichtungen besteht aus einer linearen
Anordnung einer Vielzahl einzelner lichtempfindlicher Elemente. In dem vorliegenden Beispiel weist die
erste und die zweite lichtempfindliche Empfangseinrichtung 1 und 3 jeweils vier lichtempfindliche Elemente 5,
7, 9 und 11 bzw. 13, 15, 17 und 19 auf. Die lichtempfindlichen Elemente sind vorzugsweise als
Fotodioden ausgebildet, die als Stromgeneratoren wirken. Die Elemente der ersten Empfangseinrichtung 1
weisen einen gemeinsamen Anschluß 21 auf, der an ein Bezugspotential -I- V angeschlossen ist. Ein gemeinsamer
Anschluß 23 der Empfangseinrichtung 3 ist mit dem Anschluß 21 der ersten Empfangseinrichtung 1 elektrisch
verbunden. Jede Fotodiode ist gegenüber den
anderen Fotodioden durch ein Isolationsmaterial 25 elektrisch isoliert. Es liegt auf der Hand, daß die Zahl 4
für die Anzahl der lichtempfindlichen Elemente lediglich als Beispiel aufzufassen ist und auch jede andere Anzahl
von lichtempfindlichen Elementen Verwendung finden kann. Je größer die Anzahl der verwendeten Elemente
ist um so größer ist die Auflösung und Zuverlässigkeit des Systems. Eine erste Linse 27 und e>ne zweite Linse
29 repräsentieren ein erstes und ein zweites optisches Hilfssystem und stellen die Mittel zur Aufnahme eines
ersten und zweiten Bildes eines relativ entfernten Objektes dar. Die beiden Empfangseinrichtung 1 und 3
sind in Bezug aufeinander in der gleichen Ebene angeordnet. Obwohl in der schematischen Darstellung
gemäß F i g. 1 die Frontansichten der lichtempfindlichen Empfangseinrichtungen 1 und 3 dargestellt sind, ist es
selbstverständlich, daß diese Frontansichten, welche die lichtempfindlichen Elemente der ersten und zweiten
Empfangseinrichtung 1 und 3 aufweisen, in der tatsächlichen Konstruktion in Richtung auf d;e erste und
zweite Linse 27 und 29 angeordnet sind, um die durch diese hindurchtretenden Lichtstrahlen zu empfangen.
Ein erstes Bild wird demgemäß auf die Frontfläche der ersten Empfangseinrichtung 1 von den durch die erste
Linse 27 hindurchtretenden Lichtstrahlen geworfen. Ein zweites Bild wird auf die Frontseite der Empfangseinrichtung
3 durch die durch die zweite Linse 29 hindurchtretenden Lichtstrahlen geworfen. Es ist nicht
wesentlich, daß das erste und zweite Bild präzise fokussiert in der Ebene der Empfangseinrichtung
erscheint. Es ist lediglich erforderlich, daß die Lichtverteilung der beiden Bilder im Hinblick auf uie
zugeordneten Lichtempfangseinrichtungen aneinander angepaßt werden kann. In diesem Zusammenhang ist
festzustellen, daß die Ebene der Empfangseinrichtungen nicht mit der Brennebene zusammenfallen muß, sondern
erheblich von dieser abweichen kann. Es genügt, wenn das Lichtmuster, welches in der Ebene der Empfangseinrichtung
abgebildet wird, eine unterscheidbare Strahlenverteilung aufweist.
Wie der F i g. 1 zu entnehmen ist, sind beide Linsen 27 und 29 so angeordnet, daß sie gleiche Büdausschnitte
des entfernt angeordneten Objektes abbilden. Es sei hier vermerkt, daß beide optische Hilfssysteme so angeordnet
sind, daß sie einen relativ kleinen Blickwinkel bilden. Dieser Blickwinkel bewegt sich beispielsweise in der
Größenordnung von 1 bis 10 Winkelgraden. Das durch die erste Linse 27 projizierte Bild wird im Hinblick auf
die Empfangseinrichtung 1 zentriert. Die erste Linse 27 und die Empfangseinrichtung 1 sind lagemäßig fixiert
und einem Referenzpunkt in einem nicht dargestellten zugehörigen Bildsucher zugeordnet. Das projizierte
Bild erzeugt in jedem der lichtempfindlichen Elemente der ersten Empfangseinrichtung 1 ein Signal. Jedes
Signal besitzt eine Amplitude, deren Größe eine Funktion des Lichtpegels desjenigen Bildteiles ist,
welches auf die zugeordneten Elemente projiziert wird. Wenn die zweite Linse 29 in einer Richtung parallel zu
der linearen Anordnung der lichtempfindlichen Elemente der zweiten Empfangseinrichtung 3 bewogt wird, so
verschiebt sich das Lichtverteilungsmuster, welches auf die zweite Empfangseinrichtung 3 fällt. Jedem lichtempfindlichen
Element 5, 7, 9 und 11 der ersten Empfangseinrichtung 1 entspricht ein lichtempfindliches
Element 13, 15, 17 und 19 in der zweiten Empfangscinrichtung 3.
Das erste lichtempfindliche Element 5 der ersten Empfangseinrichtung 1 ist übireine elektrische Leitung
165 an den einen Eingang eines Differenzverstarkers 167 angeschlossen. Gleichzeitig ist dieses lichtempfindliche
Elemente über eine Diode 197 an Masse gelegt. In gleicher Weise ist das erste lichtempfindliche Element
13 der zweiten Empfangseinrichtung 3 über eine Leitung 169 an den zweiten Eingang des Differenzverstärkers
167 angeschlossen. Das lichtempfindliche Element 13 der zweiten Empfangseinrichtung 3 ist
weiterhin über eine Diode 199 an Masse gelegt. Auf diese Weise werden die von den lichtempfindlichen
Elementen 5 und 13 abgegebenen elektrischen Signale mittels der Dioden 197 und 199 logarithmiert, und es
wird mittels des Differenzverstärkers 167 die Differenz dieser logarithmischen Signale gebildet, so daß am
Ausgang des Differenzverstärkers 167 auf der Leitung 171 das Signal A gemäß der Beziehung
In S5- In 5,3 = ln-f^-
erscheint.
Das Signal A ist demnach nur von der unterschiedlichen Verteilung des Lichtmusters auf den beiden
Empfangseinrichtungen 1 und 3 abhängig und nicht von den Schwankungen der Helligkeit des aufzunehmenden
Objektes.
In gleicher Weise werden die Signale der lichtempfindlichen
Elemente 7, 9 und 11 mit den zugeordneten Signalen der lichtempfindlichen Elemente 15,17 und 19
rrittels Differenzverstärker 177,185 und 193 verglichen.
Hierbei werden die auf den Leitungen 173,175,181,183,
189 und 191 anstehenden licht-elektrischen Signale mittels Dioden 201, 203, 205, 207, 209 und 211
logarithmiert. Die auf den Ausgangsleitungen 179, 187 und 195 erscheinenden Signale ß, C und D repräsentieren
somit wiederum den Logarithmus des Verhältnisses der miteinander verglichenen licht-elektrischen Signale.
Die Signale A, B, C und D werden einer Signalverarbeitungseinrichtung 39 zugeführt, welche so
ausgebildet sein kann, wie dies in den F i g. 5, 6, 7 und 8 der älteren DE-OS 24 32 067 dargestellt ist. Das am
Ausgang der Signalverarbeitungseinrichtung 39 erscheinende Fokussiersignal F weist normalerweise den
Verlauf gemäß dem Kurvenzug 157 in Fig. 2 auf. Um die in diesem Kurvenzug auftretenden Nebenminima,
welche irrtümlicherweise eine Fokussierung vortäuschen können, auszuschalten, ist eine Diode 159 an eine
Spannung — Vc gelegt. Die Spannung — Vc ist so
gewählt, daß sie zwischen dem niedrigsten Nebenminimum und dem Hauptminimum des Fokussiersignals F
liegt. Durch diese Maßnahme erhält das Fokussiersignal F den durch den Kurvenzug 163 gemäß Fig. 2
repräsentierten Verlauf. Das durch den Kurvenzug 163 charakterisierte Fokussiersignal F am Ausgang der
Signalverarbeitungseinrichtung 39 wird einer Steuervorrichtung 41 zugeführt. Die Steuervorrichtung 41 ist
vorgesehen, um die zuvor erwähnte Bewegung der zweiten Linse 29 und ebenfalls die Fokussierbewegung
der Objektivlinse 43 zu steuern. Die Objektivlinse 43 hat die Aufgabe, das Bild eines aufzunehmenden Objektes
auf einem lichtempfindlichen Film 45 zu fokussieren. Um das auf dem lichtempfindlichen Film 45 entworfene
Bild von den ersten und zweiten Bildern auf der ersten und zweiten Empfangseinrichtung 1 und 3 zu unterscheiden,
sei dieses auf dem lichtempfindlichen Film 45 entworfene Bild nachfolgend als Hauptbild bezeichnet,
während die ersten und zweiten Bilder auf der ersten und zweiten Empfangseinrichtung 1 und 3 nachstehend
als erste und zweite Hilfsbilder bezeichnet werden. Die Steuervorrichtung 41 weist einen wahlweise betätigbaren
Schalter 47 auf. Der Schalter 47 dient dazu, die Fokussierung gemäß der vorliegenden Erfindung in
Gang zu setzen. Der Schalter 47 ist antriebsmäßig mit einem weiteren Schalter 49 verbunden, welcher als
Kontakt zwischen ein« Batterie 51 und eine Lichtquelle 53 geschaltet ist. Eine Linse 55 wirft das von der
Lichtquelle 53 ausgehende Licht auf das abzubildende Objekt. Auf diese Weise kann das Fokussiersystem
gemäß der vorliegenden Erfindung auch in einer Umgebung mit ungenügender Außenbeleuchtung wirksam
werden, indem das erwähnte lichterzeugende Netzwerk mit dem Fokussiersystem gemäß der
Erfindung gekoppelt wird.
Aus dem Aufbau des vorstehend beschriebenen Systems ergibt sich folgende Wirkungsweise:
Solange die beiden Lichtverteilungsmuster auf den beiden lichtempfindlichen Empfangseinrichtungen 1 und
3 verschieden sind, ergeben sich hinsichtlich der miteinander verglichenen lichtempfindlichen Elemente
unterschiedlich große elektrische Signale. Diese Signale werden über die Dioden logarithmiert und voneinander
subtrahiert, so daß sich an den Ausgängen der Differenzverstärker Signale ergeben, die dem Logarithmus
einer Zahl größer oder kleiner als 1 entsprechen. Die Signale A, B, C und D weisen demnach
entsprechende positive bzw. negative Werte auf. Innerhalb der Signalverarbeitungseinrichtung 39 werden
diese Signale gleichgerichtet, quadriert, oder es wird ihr Absolutwert gebildet, und die so behandelten
Signale werden anschließend zusammenaddiert. Solange der Summenwert dieser Signale über dem Wert der
Vorspannung — Vclieg t, ergibt sich somit ein Ausgangssignai
Fder Signaiverarbeitungseinrichtung 39, welches dem Wert — Vc entspricht. Auf Grund dieses Signals
F= — Vc veranlaßt die Steuereinrichtung 41 eine Verschiebung der Objektivlinse 43 und der Hilfslinse 29.
Durch die Verschiebung der Hilfslinse 29 werden in zunehmendem Maße die Lichtverteilungsmuster auf
den beiden lichtempfindlichen Empfangseinrichtungen 1 und 3 einander angeglichen. Im Abgieichfall geben die
einander zugeordneten lichtempfindlichen Elemente jeweils annähernd gleichgroße Signale aus, so daß am
Ausgang der Differenzverstärker der Logarithmus eines Wertes gebildet wird, der annähernd der Zahl 1
entspricht. Bekanntermaßen ist der Logarithmus der Zahl 1 = Null. Das Ausgangssignal F nimmt dementsprechend
einen Wert an, der unter dem Wert der Vorspannung — Vc liegt und annähernd Null beträgt,
wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Beim Vorliegen dieses Signals F~0 hat die Objektivlinse 43 ihre fokussierende
Stellung erreicht, und die Steuereinrichtung 41 nimmt dieses Minimumsignal zum Anlaß, die Bewegung der
Objektivlinse 43 und der Hilfslinse 29 zu stoppen.
to Da es von wesentlicher Bedeutung ist, daß die lichtempfindlichen Elemente der beiden lichtempfindlichen
Empfangseinrichtungen 1 und 3 alle in einer Ebene angeodnet sind und daß diese alle die gleiche
Einpfindlichkeitscharakterislik aufweisen, hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, diese lichtempfindlichen
Elemente, insbesondere Fotodioden, auf einem Halbleiterchip
zu integrieren. Denkt man an die Anwendung "
des vorstehend beschriebenen automatischen Fokussiersystems in einer kompakten Kamera, so ist es aus
Platzgründen weiterhin von Vorteil, alle übrigen Komponenten des Ausw^rteschaltkreises, bestehend >\
aus den logarithmierenden Dioden und den Differenz- ' verstärkern, der Signalverarbeitungseinrichtung 39 und
der Begrenzungsdiode 159 ebenfalls auf dem Halbleiterchip zu integrieren. Lediglich die Steuereinrichtung 41,
die den Leistungsteil darstellt, ist von dieser Integration ausgenommen.
Die in F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung kann gewisse Abwandlungen erfahren, ohne daß hierdurch
der Rahmen der Erfindung verlassen wird. So können beispielsweise anstelle der logarithmierenden Dioden
197 usw. als Dioden geschaltete Transistoren verwendet ' werden. Weiterhin können jeweils mehr als eine Diode
bzw. Transistor jedem lichtempfindlichen Element zugeordnet sein, um die gewünschte logarithmische
Charakteristik zu erhalten. Die erforderliche logarithmische Charakteristik kann weiterhin durch Verstärker
mit hohem Eingangswiderstand erzielt werden, welche in ihrer Rückführung Dioden aufweisen.
Es liegt auf der Hand, daß die Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsmaßnahme nicht auf das
vorstehend beschrieb Fokussiersystem beschränkt ist, sondern daß diese Schaltungsmaßnahme überall dort
Anwendung finden kann, wo Signale miteinander verglichen werden sollen, deren Pegel einen hohen
Schwankungsbereich aufweisen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Schaltungsanordnung in einem automatischen Fokussiersystem für optische Geräte, insbesondere
Kameras, bei welcher durch optische Hilfssysteme erzeugte licht-elektrische Signale miteinander verglichen
und die Vergleichssignale einer summierenden Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt werden,
die ihrerseits bis zum Vorliegen eines Minimumsignals verschiebend auf ein optisches
Hauptsystem und eines der Hilfssysteme einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichssignale
(A, B, C. D) das Verhältnis entsprechender lichtelektrischer Signale repräsentieren.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekenzeichnet, daß die Verhältnisbildung durch
Logari!hmieren der einzelnen licht-elektrischen Signale und anschließende Subtraktion der logarithmierten
Signale voneinander erfolgt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die licht-elektrischen Signale
einerseits über Dioden (197-211) an ein festes Bezugspotential und andererseits paarweise an
jeweils zugeordnete Vergleichseinrichtungen (167, 177, 185, 193) angeschlossen sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichseinrichtungen
Differenzverstärker (167, 177, 185, 193) verwendet sind.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Differenzverstärker
(167,1778,185,193) auf die summenbildende
Signalverarbeitungseinrichtung (39) geschaltet sind.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der im Falle der
Fokussierung ein Minimumsignal (F) liefernden Signalverarbeitungseinrichtung (39) über eine Diode
(159) an ein festes Bezugspolential (- Vc) gelegt ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,daß das Bezugspoieniial (—Vc)nuT
unwesentlich höher als das Minimumsignal (F) im Fokussierzustand ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß
die lichtempfindlichen Elemente (5-19) der beiden lichtempfindlichen Empfangseinrichtungen (1,3), die
logarithmierenden Dioden (197-211), die Differenzverstärker (167, 177, 185, 193), die Komponenten
der Signalverarbeitungseinrichtung (39) und die Begrenzungsdiode (159) auf einem Halbleiterchip
integriert sind.
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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