DE2813915A1

DE2813915A1 - Anordnung zur scharfeinstellung der abbildung eines gegenstandes auf eine bildebene

Info

Publication number: DE2813915A1
Application number: DE19782813915
Authority: DE
Inventors: Karl-Ulrich Dr Ing Stein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-03-31
Filing date: 1978-03-31
Publication date: 1979-10-11
Also published as: DE2813915C2; US4247761A; GB2018084A; JPS54143128A; FR2421399A1; GB2018084B; FR2421399B1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 78 ρ 7 Q 2 5 BRD

Anordnung zur Scharfeinstellung der Abbildung eines Gegenstandes auf eine Bildebene

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Scharfeinstellung der Abbildung eines Gegenstandes auf eine Bildebene, bei der die Abbildung über ein Objektiv gewonnen wird und eine Einstellvorrichtung vorhanden ist, die den Abstand des Objektivs oder eines Teils davon von der Bildebene verändert.

Der Zeitschrift "Popular Photography", 1976, Nr. 1, Seite 5, linke Spalte, Zeile 24 von unten bis vorletzte Zeile, ist der allgemeine Hinweis entnehmbar, daß zum Zwecke der Entfernungseinstellung einer fotografischen Kamera auf ein Objekt ein Bilddetektor vorgesehen werden kann, die durch eine elektrische Schaltung zu einem Kontrastmesser ergänzt wird. Dabei soll der Bilddetektor eine Vielzahl von individuellen Fotozellen enthalten, deren elektrische Signale sequentiell abgetastet werden. Der Kontrastmesser könne dann weiter dazu benutzt werden, um ein die Brennweite des Kameraobjektivs

St 1 CKa / 28.2.1978

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beeinflussendes Stellsignal zu erzeugen.

Der Erfindung'liegt die Aufgabe zugrunde, eine praktikable und in einfacher Weise zu realisierende Lösung des Problems anzugeben, die über ein Objektiv gewonnene Abbildung eines Gegenstandes auf eine Bildebene selbsttätig scharf eizustellen. Ausgehend von der eingangs genannten Anordnung wird dies dadurch erreicht, daß in der Bildebene ein CTD-Bildsensor (Charge-Transfer-Device) angeordnet ist, der eine auf einen Teil der Abbildung - ausgerichtete Anzahl von Bildpunkten aufweist, daß ein für eine sequentielle Auslesung der Bildpunkte vorgesehener Ausgang des CTD-Bildsensors mit einer Bewerterschaltung verbunden ist, die für eine Folge von diskreten, innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegenden Werten des Abstands jeweils dem gegenseitigen Kontrast der ausgelesenen Bildpunkte entsprechende, über dieselben integrierte Auslesesignale bildet und daß ein Ausgang der Bewerterschaltung vorgesehen ist, an dem ein Stellsignal auftritt, daß zur Einstellung des Objektivs auf den dem integrierten Auslesesignal größter Amplitude zugeordneten Abstand oder zur Anzeige der Entfernung des Gegenstandes dient.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin, daß der CTD-Bildsensor mit den einzelnen Komponenten der Bewerterschaltung auf einem Halbleitersubstrat monolithisch integrierbar ist, so daß ein die Scharfeinstellung bewirkender Halbleiterbaustein entsteht, der ohne Schwierigkeiten in verschiedenen, von der Scharfeinstellung Gebrauch machenden Geräten untergebracht werden kann, ohne deren Raumbedarf nennenswert zu vergrößern.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels ,

Fig. 2 die Teilschaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 die Prinzipdarstellung eines in den Ausführungsbeispielen verwendbaren CTD-Bildsensors,

Fig. 4 ein Zeitdiagramm zum Betrieb der Schaltungen nach den Figuren 1 und 3.

In Fig. 1 wird ein Gegenstand 1 über ein Objektiv 2 auf eine Bildebene 3 abgebildet. Zur Scharfeinstellung des Bildes wird der Abstand χ zwischen dem Objektiv 2 oder einem Teil davon und der Bildebene 3 mittels einer Stellvorrichtung 4, die mit dem Objektiv 2 über ein Betätigungsorgan 5 gekuppelt ist, auf einen optimalen Wert eingestellt. In der Bildebene 3 ist ein als eine Ladungsübertragungseinrichtung (Charge Transfer Device) ausgebildeter Bildsensor 6 ortsfest angeordnet, der anhand der Fig. 3 noch näher beschrieben wird. Dieser weist eine Anzahl von Bildpunkten auf, die auf einen Teil des Bildes des Gegenstandes 1 ausgerichtet sind. Einander benachbarte Bildpunkte des Sensors weisen zweckmäßiger- weise einen gegenseitigen Abstand auf, der.in der Grössenordnung der Auflösung des Objektivs 2 liegt. Über einen Ausgang 7 des Bildsensors werden die in den einzelnen Bildpunkten gebildeten, von der jeweiligen lokalen Belichtung abhängenden elektrischen Signale sequentiell ausgelesen. Damit entsteht für einen bestimmten Abstand χ ein Auslesesignal u, das nach einer zweimaligen Differenzierung in den Differenzierstufen 8 und 9 und einer nachfolgenden Gleichrichtung in der Gleichrich-

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terstufe 10 einem Integrator 11 zugeführt wird. An dessen Ausgang 12 entsteht ein über die ausgelesenen Bildpunkte integriertes Auslesesignal U₁ in Form einer Gleichspannung, die ein Maß für den Kontrast zwischen den ausgelesenen Bildpunkten darstellt.

In Abhängigkeit von einer Folge von nacheinander eingestellten, innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegenden unterschiedlichen Werten von χ wird in der vorstehend beschriebenen Weise eine Folge von zugeordneten integrierten Auslesesignalen U₁ gebildet, die dem Signaleingang einer ersten Abtaststufe 13 und dem ersten Eingang eines Komparators 14 zugeführt werden. Durch ein Signal am Steuereingang 15 der Abtaststufe 13 wird das zuerst auftretende Signal U₁ abgetastet, in 13 gespeichert und an den Ausgang von 13 durchgeschaltet. Damit liegt es auch am zweiten Eingang eines Komparators 1.4. Tritt nun ein zweites Signal U₁ auf, das größer ist als das erste, so wird im Komparator 14 ein Ausgangssignal Up gebildet, das der Stufe 13 über ihren Steuereingang 15 zugeführt wird und diese veranlaßt, das grössere Signal U₁ abzutasten und an den zweiten Eingang des Komparators 14 zu legen. Jedes der Signale U₁, das grosser ist als sämtliche zeitlich von ihm liegenden Signale U₁ innerhalb derselben Einstellfolge, ist durch die Steuerwirkung des Komparators 14 auf die Stufe 13 in der Lage, das zuvor in dieser gespeicherte Signal U₁ zu verdrängen, wobei es für die nachfolgenden, im Komparator 14 ablaufenden Vergleichsvorgänge als neues Bezugssignal dient.

Nach Beendigung einer Einstellfolge ist in der Stufe 13 dasjenige integrierte Auslesesignal U₁ gespeichert, das die größte Amplitude aufweist. Wird nun synchron mit dem

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Beginn der Einstellfolge ein Generator 16 getriggert, der daraufhin einen ansteigenden oder abfallenden Spannungsverlauf erzeugt, so bewirkt das beim Auftreten des größten Signals u^ auftretende Signal Up die Abtastung und Speicherung des zu diesem Zeitpunkt vorhandenen Amplitudenwertes U-* der Generatorspannung in einer dem Generator 16 nachgeschalteten, zweiten Abtaststufe 18, deren Steuereingang mit dem Signal U₂ beschaltet ist. Das Signal u, stellt dann ein Maß für den Abstand χ dar, der dem maximalen integrierten Auslesesignal u.. und damit dem maximalen Kontrast zwischen den sequentiell ausgelesenen Bildpunkten entspricht, u, wird über den Ausgang 19 der zweiten Abtaststufe 18 einem Steuereingang 20 der Einstellvorrichtung 4 zugeführt und veranlaßt nach Beendigung der genannten Einstellfolge eine Einstellung des Objektivs 2 auf den x-Wert, bei dem der maximale Kontrast zwischen den Bildpunkten vorher festgestellt wurde. Damit ist eine selbsttätige Scharfeinstellung des auf die Bildebene 3 projezierten Bildes des Gegenstands 1 erreicht.

Nach jeder selbsttätigen Einstellung auf den als optimal erkannten Abstand χ wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung selbsttätig mit einer neuen Einstellfolge auf die innerhalb des vorgegebenen Bereiches möglichen x-Werte begonnen. Auf diese Weise gelingt es» den zur optimalen Scharfeinstellung bzw. Fokussierung benötigten Abstand χ auch auf einen sich gegenüber dem Objektiv 2 bewegenden Gegenstand 1 jeweils nachzuregeln. Voraussetzung hierfür ist, daß die Relativgeschwindigkeit zwischen den Teilen 1 und 2 einen durch die Dauer eines Einstellzyklus gegebenen Grenzwert nicht übersteigt.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt

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sich aus der Schaltung nach Fig. 1, wenn die durch die gestrichelte Linie 21 umrahmte Teilschaltung durch die Schaltung nach Fig. 2 ersetzt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Stellsignal u, in digitaler Weise erzeugt. Im einzelnen wird hierbei das von dem Komparator 14 gelieferte Ausgangssignal Up dem ersten Eingang einer Torschaltung 22 zugeführt, deren zweiter Eingang mit einem Zähler 23 verbunden ist. Dieser zählt nach dem Auftreten eines Auslöseimpulses an dem An-Schluß 17' die von einem Impulsgenerator 24 gelieferten Taktimpulse, wobei jeweils der beim Auftreten eines Signals Up erreichte Zählerstand über die Torschaltung 22 als Adressensignal auf den Adresseneingang 25 eines Speichers 26 übertragen wird. Das jeweils adressierte, in 26 gespeicherte Signal wird dann über den Ausgang 27 als digitales Stellsignal u, auf den Steuereingang 20 der Einstellvorrichtung 4 (Fig. 1) übertragen. Die zwischen den Schaltungsteilen 23, 22, 26 und 4 verlaufenden Leitungen sind dabei entsprechend den zu übertragenden digitalen Größen mehradrig ausgebildet.

Die mittels der Ausführungsbeispiele nach den Figuren 1 und 2 eingehend beschriebene Anordnung nach der Erfindung ist mit großem Vorteil bei fotografischen Kameras einsetzbar, um eine selbsttätige Entfernungseinstellung auf einen fotografierenden Gegenstand zu erzielen. Hierbei stellt 2 das Kameraobjetiv dar, während ein Film aus lichtempfindlichem Material in der Bildebene 3 angeordnet ist. Zusätzlich zu der Entfernungseinstellung der Kamera kann von dem Stellsignal u, auch eine Entfernungsanzeige des fotografierten Gegenstandes 1 über eine digitale Anzeigevorrichtung 28 oder eine analoge Anzeigevorrichtung 29 abgeleitet werden. Eine weitere Möglichkeit der Entfernungsauswertung besteht darin, das Stellsignal u, in einem Komparator 30 mit

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einem von einer insbesondere einstellbaren Spannungsquelle 31 gelieferten Bezugssignal u^ zu vergleichen und ein "beim Auftreten von Spannungsgleichheit am Ausgang 32 des Komparators 30 auftretendes Signal u,- zur Anzeige des Erreichens einer vorgegebenen Entfernung des Gegenstandes 1 von dem Objektiv 2 zu benutzen. Bei einem doppelten Vergleich zwischen dem Stellsignal u^ und zwei Bezugssignalen u^ unterschiedlicher Größe kann bei einer Bewegung des Gegenstandes 1 aus dem Zeitintervall zwischen den beiden auftretenden Signalen u,- eine Geschwindigkeitsmessung abgeleitet werden. Dabei kann das Zeitintervall zweckmäßigerweise digital gemessen werden, und zwar durch einen dem Ausgang 32 nachgeschalteten Zeitmesser 32a.

Andererseits kann die Anordnung nach der Erfindung auch als ein Entfernungsmesser oder Geschwindigkeitsmesser allgemeinerer Art aufgefaßt werden, bei dem keine fotografische Auswertung der über das Objektiv 2 erhaltenen Abbildung des Gegenstandes 1 vorgenommen wird. Die Bildebene 4 ist dann nur als der Ort des CTD-Bildsensors von Bedeutung, während eine Einstellung der Vorrichtung 4 nur im Rahmen der Einstellfolge vorgenommen wird, mittels der das Signal u, gebildet wird. Eine weitere Einstellung der Vorrichtung 4 mittels des Signals u^ auf einen für die Scharfeinstellung der Abbildung des Gegenstandes 1 auf die Bildebene 3 optimalen Wert von χ entfällt hierbei. Das während der Einstellfolge gebildete Signal u^ wird also nicht dem Eingang 20 von 4 zugeführt, sondern den Einrichtungen 28 bis 33. In diesen erfolgt dann in der bereits beschriebenen Weise eine Anzeige der Entfernung des Gegenstandes 1, und zwar anhand der Anzeigevorrichtungen 28 oder 29, oder eine Anzeige der Geschwindigkeit mittels des Zeitmessers 32a.

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Vom Signal u, "bzw. einem oder mehreren Signalen u,-können zusätzlich auch Schaltbefehle abgeleitet werden. Eine derartige Anwendungsmöglichkeit bietet sich beispielsweise bei einer Positionsüberwachung von bewegbaren_r zu bearbeitenden Gegenständen 1 im Rahmen einer automatischen Fertigungseinrichtung, wobei die Bewegung des Werkstückes 1 beim Erreichen einer vorgegebenen Position durch einen solchen Schaltbefehl abgestoppt wird.

Geschwindigkeitsmessungen mit oder ohne fotografischer Auswertung können mit Vorteil bei der Verkehrsüberwachung eingesetzt werden.

Die Schaltungsstufen 8, 9, 10, 11, 13, 14, 16 und 18, die auch als Bestandteile einer Bewerterschaltung B aufgefaßt werden können, sind in relativ einfacher Weise in integrierter Schaltungstechnik zu realisieren und zu einem monolithischem Halbleiterbaustein zusammenzufassen. Das gleiche gilt für die an die Stelle der Teilschaltung 21 tretenden Schaltungsteile 22, 23, 24 und 26.

In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines auf einem Halbleitersubstrat integrierten CTD-Bildsensors in Draufsicht dargestellt. Dabei ist das Halbleitersubstrat, das z. B. aus N-leitendem Silizium besteht, mit 33 bezeichnet. Eine die Substratoberfläche bedeckende, elektrisch isolierende Schicht, z. B. aus SiOp, ist innerhalb der gestrichelten Linien 34 wesentlich dünner ausgebildet als außerhalb derselben. Man bezeichnet die dünneren Bereiche dieser Schicht auch als Gate-Oxid-, die dickeren als Feld-Oxidbereiche. Oberhalb der isolierenden Schicht befindet sich eine mittlere Elektrode 34, die auf der einen Seite von Elektrodenreihen 35 und 36 und auf der anderen Seite von Elektrodenreihen 37 und

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38 flankiert wird. Die Elektroden sind dabei metallisch leitende Strukturen, die insbesondere aus Teilen einer ganzflächig aufgebrachten, elektrisch leitenden Beschichtung bestehen. Die Beschichtung ist beispielsweise aus polykristallinem, hochdotiertem Silizium gebildet oder besteht aus einer Metallschicht, z. B. aus Aluminium. Die Herstellung der Elektrode 34 und der Elektrodenreihen 35 bis 38 erfolgt in herkömmlicher Weise, z. B. mittels einer Reihe von fotolithografischen Schritten unter Anwendung von Masken, die die Umrisse der einzelnen Strukturen definieren.

Im einzelnen stellen die von der Elektrode 34 bedeckten Orte des Halbleitersubstrates 33, die sich unterhalb von Dünnoxidbereichen befinden, einzelne Bildpunkte 39, 40, 41, 42 usw. des Bildsensors dar. Da die Bildpunkte eine Linie bilden, wird ein solcher Bildsensor als linear bezeichnet. Die Elektrodenreihen 35 bis 38 werden jeweils aus einzelnen dicht nebeneinanderliegenden Elektroden

351, 352, 353, 354 361, 362, 363 usw. gebildet, die sich jeweils auf der gleichen Höhe befinden wie die einzelnen Bildpunkte 39, 40 usw. Zwischen den Elektrodenreihen 36 bzw. 37 und der Elektrode 34 sind Transfer-Gate-Elektroden ο.., G₂ plaziert, die so angeordnet sind, daß sie die ersteren geringfügig seitlich überlappen, jedoch von diesen durch eine Zwischenschicht elektrisch isoliert sind. Zwischen den Elektrodenreihen 35 und 36 und den Elektrodenreihen 37 und 38 befinden sich weitere Transfer-Gate-Elektroden G, und G^. Die Elektrode 34 ist über einen Anschluß mit einer Impulsspannung 0j beschaltet, die Transfer-Gate-Elektroden G^ bis G^ über einen gemeinsamen Anschluß mit einer Impulsspannung 0_G. Jede vierte Elektrode 361, 365 usw. von ist über eine gemeinsame Leitung mit einer Impulsspannung 0,. beschaltet. Jede vierte Elektrode 362, 366 usw.

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liegt an einer gemeinsamen Leitung, die eine Impulsspannung 0p führt, jede vierte Elektrode 363 usw. an einer Leitung mit der Impulsspannung 0^ und jede vierte Elektrode 364 usw. an einer Leitung mit der Impulsspannung 0». In analoger Weise werden die einzelnen Elektroden der Reihe 37 mit den Impuls spannungen 0,. bis 0, beschaltet, während die Elektroden der Reihen 35 und mit Impulsspannung 0., ' bis 0λ ' beschaltet sind.

Jede der Elektrodenreihen 35 bis 38 gehört zu einer Ladungsübertragungseinrichtung, die durch die Impulsspannungen 0J. bis 0, bzw. 0.J ' bis 0λ ' getaktet werden. Die am unteren Ende jeder Elektrodenreihe dargestellten Elektroden 35g bis 38g stellen sogenannte "floating-gate"-Elektroden dar, die von den Taktspannungen freigeschaltet sind, jedoch an einen gemeinsamen Eingang eines Verstärkers 43 gelegt sind. Diesen Elektroden sind ausgangsseitige-Diffusionsgebiete D1 bis D4 nachgeordnet, die über einen gemeinsamen Anschluß 44 an einer Drainspannung U_DD liegen.

Im Betrieb wird nach dem Auftreten eines Impulses P1, der einem Eingang 20a der Einstellvorrichtung 4 zugeführt wird, und eine Einstellung derselben auf den ersten diskreten Abstand χ einer Einstellfolge veranlaßt, ein Impuls 0j angelegt, der die sogenannte Integrationszeit des Bildsensors bestimmt. Innerhalb derselben sammeln sich in den Bildpunkten 39 bis 43 usw. unter dem Einfluß der Belichtung elektrische Ladungen an, die mit ihrer Größe der jeweiligen lokalen Beleuchtungsstärke entsprechen. Danach sorgt ein Transfergateimpuls 0_G dafür, daß diese Ladungen in den eingezeichneten Pfeilrichtungen aus den Bildpunkten in den Bereich der Ladungsverschiebeeinrichtungen 35 bis 38 verschoben werden, und zwar die unter 39 entstandene Ladung unter

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die Elektrode 361, die unter 40 entstandene Ladung unter 372, die unter 41 entstandene Ladung unter 353 und die unter 42 entstandene Ladung unter 384. Durch die entsprechend Fig. 4 zeitlich auftretenden Verschiebetakte 0* bis 0λ und 0* ^f bis 0a' werden die genannten Ladungen nach dem Durchlaufen der Ladungsverschiebeeinrichtungen schrittweise unter den Elektroden 35g .bis 38g hindurchgeschoben und gelangen schließlich in die Diffusionsgebiete D1 bis D4. Die hierbei an den Elektroden 35g bis 38g auftretenden Potentialverschiebungen werden über den Verstärker 43 an den Ausgang 7 übertragen und ergeben dort ein Ausgangssignal u, das aus nacheinander auftretenden, impulsförmigen Anteilen besteht, die den Beleuchtungsstärken in den nacheinander ausgelesenen Bildpunkten während der Integrationszeit entsprechen.

Ein Impuls P2, der dem Eingang 20a von 20 zugeführt wird, veranlaßt eine Einstellung auf den nächsten Wert χ innerhalb derselben Einstellfolge, wonach ein weiterer Impuls 0j die dieser Einstellung zugeordnete Integrationszeit definiert. Dabei kann diese Integrationszeit auch zeitlich mit dem Verschieben der in der vorangegangenen Integrationszeit gebildeten Ladungen über die Ladungsverschiebeeinrichtungen 35 bis 38 zusammenfallen.

Ein Bildsensor der vorstehend beschriebenen Art ist im einzelnen in der deutschen Patentschrift 2 553 658 beschrieben. Eine Vereinfachung dieses Ausführungsbeispiels eines CTD-Bildsensors ist u. a. insofern möglich, als die Ladungsverschiebeeinrichtungen 35 und 38 entfallen können, wobei lediglich über die Einrichtungen 36 und 37 ausgelesen wird. Damit reduziert sich die Anzahl der ausgelesenen Bildpunkte jeweils auf die Hälfte, nämlich auf die Punkte 39, 40 und auf die Punkte, die von diesen einen Abstand aufweisen, der einem beliebigen

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Vielfachen des Abständes der Bildpunkte 39 und 42 voneinander entspricht. Ein solcher Bildsensor ist beispielsweise in dem IBM Technical Disclosure Bulletin Band 16, Nr. 1, Juni 1973, Seiten 173 und 174, beschrieben. Anstelle der dargestellten Ladungsverschiebeeinrichtungen 35 bis 38, die als SCCD-Einrichtungen mit einem Ladungstransport unmittelbar unterhalb der Sub- " stratoberfläche oder als BCCD-Einrichtungen mit einem Ladungstransport im Inneren des Substrats aufzufassen sind, können im Sinne der vorliegenden Erfindung auch an sich bekannte Eimerkettenschaltungen (BBD) verwendet werden. Beide Systeme von LadungsverSchiebeeinrichtungen sind beispielsweise dem Buch von Sequin und Tompsett "Charge Transfer Devices", Academic Press, New York, 1975, Seiten 1 bis 18 entnehmbar.

Anstelle von Ladungsverschiebeeinrichtungen, die im Vierphasen-Betrieb arbeiten, können auch solche verwendet werden, die in an sich bekannter Weise im Zwei- oder Dreiphasen-Betrieb arbeiten. Schließlich kann auch die mittlere Elektrode 34 in Fig. 3 in eine Elektrodenreihe entsprechend den Teilen 35 bis 38 zerlegt werden, wobei zunächst allen Elektroden dieser Reihe ein gemeinsamer, die Integrationszeit definierender Impuls 0y zugeführt wird und anschließend den einzelnen Elektroden die Verschiebeimpulse φ* bis 0λ entsprechend Fig. 4 zugeführt werden. Dabei ist jedoch darauf zu achten, daß lediglich die unterhalb jeder vierten Elektrode befindlichen Bildpunkte belichtet werden. In dem letzgenannten Fall ist der Verstärker 39 an den untersten Teil der Elektrode 34, der dann eine "floating-gate"-Elektrode darstellt, angeschlossen, wobei die Ladungsverschiebeeinrichtungen 35 bis 38 entfallen. Unterhalb der aufgeteilten Elektrode 34 befindet sich dann ein durchgehender Gateoxidbereich.

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Nimmt man an, daß jede Elektrode der Elektrodenreihen 35 bis 38 eine Länge von 10 /um aufweist, und 100 Elemente bzw. Bildpunkte 39, 40 usw. vorgesehen sind, so ergibt sich eine Länge des Bildsensors von 1 mm. Einer .5 Folgefrequenz der Verschiebetakte 0^ bis 0r von 1 MHz entspricht dann eine Auslesezeit von 0,1 ms. Nimmt man ferner eine Integrationszeit in der Größenordnung von 10 ms an, so ist die Auslesezeit demgegenüber zu vernachlässigen. Damit ergibt sich für eine Einstellfolge von 50 einzelnen Schritten, denen jeweils eine Integrationszeit von 10 ms zugeordnet werden muß, ein Zeitbedarf von etwa 0,5 Sekunden. Nach dieser Zeit hat die Bewerterschaltung B das Signal u^ ermittelt, das den optimalen Abstand χ selbsttätig einstellt.

Ein Vorteil der Anordnung nach der Erfindung bei einer Anwendung auf eine fotografische Kamera ist, daß sie in integrierter Halbleitertechnik implementiert werden kann und gegebenenfalls mit den übrigen elektronischen Einrichtungen der Kamera zusammen integriert werden kann. Dabei ist vor allem an eine automatische Belichtungseinrichtung mit Lichtmessung und Blenden- oder Verschlußsteuerung gedacht.

13 Patentansprüche
4 Figuren

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Claims

Patentansprüche

1. Anordnung zur Scharfeinstellung der Abbildung eines Gegenstandes auf eine Bildebene, bei der die Abbildung über ein Objektiv gewonnen wird und eine Einstellvorrichtung vorhanden ist, die den Abstand des Objektivs oder eines Teils davon von der Bildebene verändert, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bildebene (3) ein CTD-Bildsensor (6) angeordnet ist, der eine auf einen Teil der Abbildung ausgerichtete Anzahl von Bildpunkten (39 bis 42) aufweist, daß ein für eine sequentielle Auslesung der Bildpunkte (39 bis 42) vorgesehener Ausgang (7) des CTD-Bildsensors (6) mit einer Bewerterschaltung (B) verbunden ist, die für eine Folge von diskreten, innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegenden Werten des Abstands (x) jeweils dem gegenseitigen Kontrast der ausgelesenen Bildpunkte (39 bis 42) entsprechende, über dieselben integrierte Auslesesignale (u^) bildet und daß ein Ausgang (19, 27) der Bewerterschaltung (B) vorgesehen ist, an dem ein Stellsignal (u·*) auftritt, das zur Einstellung des Objektivs (2) auf den dem integrierten Auslesesignal (u..) größter Amplitude zugeordneten Abstand (x) oder zur Anzeige der Entfernung des Gegenstandes (1) dient.

2, Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildpunkte (39 bis 42) des CTD-Bildsensors (6) linear angeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand benachbarter Bildpunkte des CTD-Bildsensors (6) in der Größenordnung der Auflösung des Objektivs (2) liegt.

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4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der CTD-Bildsensor (6) mindestens eine als Ladungsverschiebevorrichtung ausgebildete Auslesevorrichtung (35, 36, 37, 38) auf jeder Seite der linear angeordneten Bildpunkte (39 bis 42) aufweist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewerterschaltung (B) zwei hintereinandergeschaltete Differenz!erstufen (8, 9), eine Gleichrichterstufe (10) und einen Integrator (11) enthält, dessen Ausgang (12) mit einer Selektionsstufe (13, 14) verbunden ist, die den Zeitpunkt des Auftretens des integrierten Auslesesignals (u,.) größter Amplitude bestimmt, und zur Bildung von Stellsignalen (u,) oder zur Adressierung einzelner aus einer Reihe von· gespeicherten Stellsignalen (u,) dient, wobei lediglich das zu dem genannten Zeitpunkt auftretende Stellsignal (u,) auf den Ausgang (19, 27) der Bewerterschaltung durchschaltbar ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektionsstufe eine erste Abtaststufe (13) und einen Komparator (14) enthält und die Ausgangsstufe (21) eine zweite Abtaststufe (18) und einen triggerbaren, einen ansteigenden oder abfallenden Spannungsverlauf liefernden Generator (16) aufweist, daß der Ausgang (12) des Integrators (11) mit dem Signaleingang der ersten Abtaststufe (13) und dem ersten Eingang des Komparators (14) verbunden ist, daß der Ausgang der ersten Abtaststufe (13) an den zweiten Eingang des Komparators (14) geführt ist, daß ein Komparatorausgang an die Steuereingänge der beiden Abtaststufen (13, 18) gelegt ist, daß der Signaleingang der zweiten Abtaststufe (18) mit dem Generator (16) beschaltet ist und daß der Ausgang (19)

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der zweiten Abtaststufe (18) den Ausgang der Bewerterschaltung (B) bildet.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Selektionsstufe eine erste Abtaststufe (13) und einen Komparator (14) enthält und die Ausgangsstufe (21) einen mit Taktimpulsen beaufschlagten Zähler (23), eine Torschaltung (22) und einen Speicher (26) aufweist, daß der Ausgang (12) des Integrators (11) mit dem Signaleingang der ersten Abtaststufe (13) und dem ersten Eingang des !Comparators (14) verbunden ist, daß der Ausgang der ersten Abtaststufe (13) an den zweiten Eingang des Komparator s (14) geführt ist, daß ein Komparatorausgang an den Steuereingang der ersten Abtaststufe (13) und an den ersten Eingang der Torschaltung (22) gelegt ist, daß der zweite Eingang der Torschaltung (22) mit dem Ausgang des Zählers (23) beschaltet ist und daß der Ausgang der Torschaltung (22) mit dem Adresseneingang (25) des Speichers (26) verbunden ist, dessen die adressierten, gespeicherten Informationen ausgebender Ausgang (27) den Ausgang der Bewerterschaltung (B) bildet.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung der Bewerterschaltung (B), daß nach jeder mittels des Stellsignals (u,) erfolgten Einstellung des Abstands (x) selbsttätig eine weitere Folge von integrierten Auslesesignalen (u..) gebildet wird, die bei einer weiteren Einstellfolge auf diskrete Werte des Abstands (x) erhalten wird.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der CTD-Bildsensor (6) zusammen mit der Bewerterschaltung (B) auf einem Halbleitersubstrat monolithisch integriert ist.

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10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Verbindung mit einer fotografischen Kamera eingesetzt ist,-wobei ein Film aus lichtempfindlichem Material in der Bildebene (3) ange-

5 ordnet ist.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (19, 27) der Bewerterschaltung (B) mit einer Meßeinrichtung (28, 29) zum Ermitteln der Entfernung eines auf die Bildebene (3) abzubildenden Gegenstandes (1) vom Objektiv (2) verbunden ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (30) so ausgebildet ist, daß das Erreichen einer vorgegebenen Entfernung des abzubildenden Gegenstandes (1) vom Objektiv (2) selektiv ermittelbar ist.

13. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (30, 31, 32a) so ausgebildet ist, daß das Zeitintervall ermittelbar ist, das zwischen dem jeweiligen Erreichen zweier vorgegebener Entfernungen durch den Gegenstand (1) liegt.

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