DE3016478C2 - - Google Patents
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- DE3016478C2 DE3016478C2 DE3016478A DE3016478A DE3016478C2 DE 3016478 C2 DE3016478 C2 DE 3016478C2 DE 3016478 A DE3016478 A DE 3016478A DE 3016478 A DE3016478 A DE 3016478A DE 3016478 C2 DE3016478 C2 DE 3016478C2
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
- G02B7/30—Systems for automatic generation of focusing signals using parallactic triangle with a base line
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Scharfeinstellung nach
dem Gattungsbegriff des Patentanspruches. Derartige Vorrichtungen
dienen insbesondere der Entfernungsmessung bei Steh
bildkameras und Laufbildkameras bzw. Fernsehkameras, wobei
zwei Strahlenwege verwendet werden, um zwei Bilder eines ent
fernten Objektes auf einem Paar von Detektoren abzubilden. Die
relative Verschiebung der auf den beiden Detektoren ent
worfenen Bilder zueinander ist ein Maß für die Objektent
fernung. Vielfach wird, wie dies den DE-OS 24 54 883 und 26 19 795 ent
nommen werden kann, im Strahlengang vor den Detektoren ein bewegliches Gitter ange
ordnet, das periodisch die von den Detektoren empfangenen Bilder unterbricht, so
daß sich als Ausgangssignale der Detektoren veränderliche elektrische Signale er
geben, deren Phasenbeziehung als Maß für die Objektentfernung dient.
Für die automatische Entfernungsmessung sind bereits zahl
reiche Systeme vorgeschlagen worden. Ein solches System
verwendet eine Einrichtung für die automatische Parallelaxen
feststellung im Zusammenhang mit einem stereoskopischen op
tischen System, bei welchem Bilder des Objektes auf zwei
Detektoren durch zwei getrennte optische Übertragungssysteme
geworfen werden und wobei die beiden optischen Übertragungs
systeme einen bestimmten Abstand voneinander aufweisen. Dieses
Verfahren macht von der bekannten Triangulation Gebrauch.
Wenn sich beispielsweise das aufzunehmende Objekt im Unend
lichen befindet, so sind die beiden auf den Detektoren ent
worfenen Bilder einander gleich und die Ausgangssignale der
Detektoren besitzen ebenfalls die gleiche Größe. Wenn das
entfernte Objekt näher an das optische System heranbewegt wird,
so bewegt sich das Bild auf wenigstens einem der Detektoren
in bezug auf das Bild auf dem anderen Detektor, so daß zwischen
den Ausgangssignalen der Detektoren eine Differenz auftritt,
die ein Maß für die fehlende Scharfeinstellung ist. Um die Lage
änderung des Bildes auf einem Detektor in bezug auf das Bild
auf dem anderen Detektor festzustellen, ist es aus den eingangs
genannten Veröffentlichungen be
kannt, ein bewegliches Gitter, Prisma oder eine andere
Unterbrechungseinrichtung in dem Strahlenweg zu jedem De
tektor anzuordnen, so daß das Ausgangssignal der Detektoren
durch ein veränderliches Signal, beispielsweise ein sinus
förmiges Signal, gebildet wird. Bei einer unendlichen Ob
jektentfernung weisen die sinusförmigen Ausgangssignale der
Detektoren eine übereinstimmende Phase auf; aber im Falle
eines an das optische System näher heranbewegten Objektes
tritt eine Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen
der Detektoren auf. Es ist ferner bekannt, einen Phasende
tektor an die Ausgangssignale der Detektoren anzuschließen
um ein Signal zu erzeugen, das die Bildverschiebung auf
den Detektoren und somit die Entfernung zu dem aufzunehmenden
Objekt anzeigt. Dieses Signal kann verwendet werden, um eines
der optischen Abbildungssysteme einzustellen und die Phasen
differenz zwischen den Ausgangssignalen der Detektoren auf
zuheben, und/oder das Signal kann verwendet werden, um durch
einen Zeiger oder eine andere Einrichtung die Objektent
fernung anzuzeigen.
Bei bekannten Systemen haben sich Schwierigkeiten ergeben
aufgrund eines Effektes, der als Kanteneffekt bekannt ist.
Dieser Effekt verursacht eine unnatürliche Verminderung des
von dem Objekt ausgehenden Lichtes aufgrund der Fassung bzw.
Kante des das Licht messenden Systems. Das Detektorsystem
erfaßt diese Kante und erzeugt daraufhin ein Kantensignal.
Das Ausgangssignal stellt sich somit durch eine Kombination
aus dem gewünschten Informationssignal und dem Kantensignal
dar. Aufgrund der Kantenkomponente kann das kombinierte
Signal einen beträchtlichen Fehler aufweisen. Ein weiterer
Kanteneffekt tritt auf, wenn auf einem Detektor ein gering
fügig unterschiedlicher Szenenbereich gegenüber dem anderen
Detektor abgebildet wird, was beispielsweise auf eine geringe
Fehlausrichtung des Systems oder auf die Objektentfernung
zurückzuführen ist. Wenn ein helles Objekt direkt auf der
Bildkante auf einem Detektor aber nicht auf der Bildkante
des anderen Detektors abgebildet wird, so wird sich das
Ausgangssignal des einen Detektors von dem Ausgangssignal
des anderen Detektors unterscheiden, obgleich eine richtige
Scharfeinstellung bezüglich des aufzunehmenden Objektes
vorliegt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden,
daß der erwähnte Kanteneffekt vermieden und somit die
Leistungsfähigkeit und Genauigkeit der Vorrichtung erhöht wird.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Patentanspruch
gekennzeichneten Erfindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das im Stand der Technik
vorliegende Problem durch ein ortsfestes Filter im Strahlenweg vor den
Detektoren vermieden, wobei dieses Filter im Kantenbereich
nahezu lichtundurchlässig und in seinem mittleren Bereich
praktisch lichtdurchlässig ist. Die Kantenbereiche der auf
zunehmenden Szene bzw. des Objektes, die nahe der Bildkante
auf den Detektoren liegen, besitzen somit nur einen geringen
bzw. gar keinen Einfluß auf das Ausgangssignal der Detektoren,
während jene Teile des Bildes im mittleren Bereich des
Detektors eine maximale Auswirkung auf das Ausgangssignal be
sitzen. Mit einem solchen Filter werden die auf die Kanten
effekte zurückzuführenden Fehler auf ein Minimum reduziert
bzw. eliminiert und die Vorrichtung ist somit in der Lage, eine
genaue Entfernungsanzeige zu liefern.
Anhand eines in den Figuren der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispieles sei die Erfindung im
folgenden näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung der
Vorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1
entlang der Schnittlinie 2-2;
Fig. 3a bis 3h Signaldiagramme zur Veranschaulichung
des Einflusses verschiedener Teile der
erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der
Abhängigkeit zwischen Phasendifferenz und
Objektentfernung; und
Fig. 5 ein Blockdiagramm eines Schaltkreises für die
Erzeugung eines Entfernungssignales.
Gemäß Fig. 1 nimmt ein Paar von Linsen 10 und 12 Strahlung
von einem entfernten Objekt auf, wobei die Strahlenwege durch
gestrichelte Linien 14 und 16 dargestellt sind. Die auf dem
Strahlenweg 14 einfallende Strahlung wird von einer ersten
Spiegelfläche 18 reflektiert und auf eine zweite Spiegelfläche
20 geworfen, von welcher sie ebenfalls reflektiert wird und
über ein Filter 22 und ein bewegliches Gitter 24 auf einen
auf einem Substrat 28 angeordneten Strahlendetektor 26 ge
worfen wird. Die entlang dem Strahlenweg 16 einfallende Strah
lung wird von einer ersten Spiegelfläche 30 reflektiert und
erneut auf eine zweite Spiegelfläche 32 geworfen, von der sie
wiederum reflektiert wird und über ein Filter 34 und das beweg
liche Gitter 24 auf einen zweiten auf dem Substrat 28 ange
ordneten Detektor 36 geworfen wird. Das bewegliche Gitter 24
besteht abwechselnd aus lichtdurchlässigen und lichtundurch
lässigen Teilen und ist gemäß Fig. 1 nach rechts durch eine
Feder 38 vorgespannt, die an einem ortsfesten Anschlag 40
befestigt ist. Das linke Ende des beweglichen Gitters 24 ist
über eine mechanische Verbindung 42 mit einem nicht dargestellten
Mechanismus verbunden, der beispielsweise aus dem Auslöse
mechanismus einer Kamera bestehen kann. Bei der Auslösung des
Mechanismus, was durch Niederdrücken eines Auslöseknopfes
auf einer Kamera erfolgen kann, wird das bewegliche Gitter 24
nach rechts in Fig. 1 unter der Wirkung der Feder 38 bewegt,
wodurch das auf die Detektoren 26 und 36 auftreffende Licht
eine Veränderung erfährt. Wenn das bewegliche Gitter 24 aus
einem Sinusgitter besteht, so nehmen die Ausgangssignale der
Detektoren 26 und 36 in bekannter Weise eine Sinusform ein.
Das bewegliche Gitter 24 kann in seine ursprüngliche Aus
gangsstellung gemäß Fig. 1 durch einen Mechanismus zurück
bewegt werden, der auf die mechanische Verbindung 42 einwirkt
und beispielsweise aus der Filmtransporteinrichtung besteht.
Gemäß Fig. 1 verlaufen die Strahlenwege 14 und 16 zueinander
parallel und diese stammen von einem Objekt im Unendlichen.
In diesem Fall sind die von dem Objekt auf den Detektoren 26
und 36 entworfenen Bilder im wesentlichen einander gleich
und die sinusförmigen Ausgangssignale der Detektoren besitzen
die gleiche Phase. Wenn der Abstand zwischem dem Objekt und dem
optischen System verringert wird, so verschieben sich die
Bilder auf den Detektoren 26 und 36, so daß die sinusförmigen
Ausgangssignale eine Phasendifferenz aufweisen, deren Betrag
von dem Abstand des Objektes von dem optischen System abhängt.
Die Feststellung dieser Phasendifferenz und deren Betrag geben
einen Hinweis auf die Objektentfernung.
Mit Ausnahme der Filter 22 und 34 gehört das vorstehend be
schriebene System zum Stand der Technik. Bei diesen bekannten
Systemen ist jedoch eine Schwierigkeit angetroffen worden,
wenn die durch den Detektor 26 über den Strahlenweg 14 aufge
nommene Szene nicht ganz identisch mit der Szene ist, die
durch den Detektor 36 über den Strahlenweg 16 aufgenommen wird.
Dieser Kanteneffekt wurde eingangs erwähnt.
Gemäß Fig. 2 ist erkennbar, daß das Paar von in Schraffur
dargestellten Detektoren 26 und 36 unter dem Gitter 24 liegt,
das der Übersichtlichkeit wegen weggebrochen ist und daß
das Paar von Filtern 22 und 34 so angeordnet ist, daß sich
die Filter über den gesamten Bereich der Detektoren 26 und 36
erstrecken. Es ist ebenfalls aus Fig. 2 erkennbar, daß die
Filter 22 und 34 so aufgebaut sind, daß sie an den Kanten
am wenigsten Licht durchlassen und nach der Mitte zu immer
lichtdurchlässiger werden. Mit einer solchen Anordnung wird
das Licht, das normalerweise in der Nähe der Kanten der De
tektoren 26 und 36 auftrifft, durch die Lichtundurchlässig
keit der Filter 22 und 34 blockiert, während das Licht im
Zentrum der Detektoren 26 und 36 nahezu ungedämpft auftrifft.
Durch diese Einrichtung werden die Kanteneffekte, die die
Fehler in den Ausgangssignalen der Detektoren hervorrufen
im wesentlichen eliminiert, da diese einen geringen oder
gar keinen Einfluß auf die Ausgangssignale der Detektoren be
sitzen. Die Bildteile im Zentrum der Detektoren sind hingegen
voll wirksam, so daß aufgrund dieser Anteile ein genaues
Ausgangssignal erzeugt wird.
In den Fig. 3a und 3b ist die Lichtintensität über der
Bildposition im Bereich um die Detektoren 26 und 36 für eine
betrachtete hypothetische Szene aufgetragen. Es ist aus
Fig. 3a erkennbar, daß die Leuchtdichteverteilung 50 einen
Spitzenwert in einem Bereich nahe dem Zentrum des Detektors
aufweist, der gemäß Fig. 3a zwischen den Punkten 52 und 54
liegt. In Fig. 3b weist die Leuchtdichte 56 einen gleichen
Kurvenverlauf wie die Kurve 50 in Fig. 3a auf, aber diese
Kurve ist etwas weiter nach rechts verschoben, so daß sie mehr
um den rechten Teil des Detektors zentriert ist, der zwischen
den Punkten 58 und 60 liegt. Die Verschiebung der Kurve 56
gemäß Fig. 3b im Hinblick auf die Kurve 50 in Fig. 3a zeigt,
daß das Objekt eine andere Entfernung als die im voraus einge
stellte Basisentfernung aufweist, die im vorliegenden Fall
dem Wert unendlich entspricht. Wenn sich das Objekt tatsäch
lich im Unendlichen befinden würde, so wäre die Kurve 56 weiter
nach links verschoben und in dem durch die Punkte 58 und 60
vorgegebenen Detektorbereich so zentriert, daß sie im wesent
lichen die gleiche Position wie die Kurve 50 in Fig. 3a
einnehmen würde. Der Betrag der Rechtsverschiebung der Kurve
56 in Fig. 3b ist ein Maß für die Objektentfernung, da bei
einer Heranbewegung des Objektes an das optische System die
Kurve 56 immer weiter nach rechts in Fig. 3b verschoben wird.
Durch Feststellung des Verschiebebetrages wird ein Maß für die
Objektentfernung gewonnen.
In den Fig. 3c und 3d ist die Lichtdurchlässigkeit der
Filter 22 und 34 über deren Quererstreckung aufgetragen und
es ist erkennbar, daß die Lichtdurchlässigkeit im Bereich der
Kanten der Detektoren nahezu Null ist, was in Fig. 3c
durch die Punkte 52′ und 54′ und in Fig. 3d durch die Punkte
58′ und 60′ angegeben ist. Es ist ebenfalls erkennbar, daß
in der Nähe des Zentrums der Detektorflächen die Durchlässigkeit
am größten ist, so daß die Strahlung an den Kanten des De
tektors blockiert wird, aber die Blockierung zu der Mitte hin
abnimmt, wo im wesentlichen keine Blockierung des Lichtes
erfolgt.
In den Fig. 3e und 3f ist durch die Kurven 64 und 66 die
Durchlässigkeit des beweglichen Sinusgitters in Abhängigkeit
von seiner Lage in Bezug auf die Detektoren dargestellt, wobei
die Detektoren gemäß Fig. 3e zwischen den Punkten 52′′ und
54′′ und gemäß Fig. 3f zwischen den Punkten 58′′ und 60′′
liegen. Das bewegliche Gitter bewegt sich in Richtung der
Pfeile 70 und 72, so daß der die Detektoren erreichende Licht
anteil sinusförmig moduliert wird.
In den Fig. 3g und 3h ist der Ausgangsstrom der Detektoren 26
und 36 dargestellt, wobei eine Modulation durch das beweg
liche Gitter 24 erfolgt. Der Detektorstrom ist in Fig. 3g
durch die Sinuskurve 74 und in Fig. 3h durch die Sinuskurve
76 dargestellt. Es ist aus diesen Figuren erkennbar, daß die
über der Zeit aufgetragenen Kurven um einen bestimmten Betrag
in der Phase zueinander verschoben sind, wobei diese Phasen
verschiebung beispielsweise zwischen der ersten nach unten
gerichteten Amplitude entsprechend der Linie 78 in Fig. 3g
und der ersten nach unten gerichteten Amplitude entsprechend der
Linie 80 in Fig. 3h gemessen wird. Diese Phasendifferenz zeigt
die Objektentfernung an, wie dies aus Fig. 4 erkennbar ist.
Gemäß Fig. 4 ist die Phasendifferenz über der Entfernung aufge
tragen und es ist erkennbar, daß dieser Zusammenhang durch eine
gerade Linie 84 vorgegeben ist, die sich von einem Nullpunkt
86 rechts nach oben erstreckt. Der Nullpunkt 86 entspricht
einer Objektentfernung von Unendlich, bei welcher Entfernung
keine Phasendifferenz vorliegt, und ein Punkt am Ende der Linie
84 entspricht einer sehr nahen Objektentfernung von beispiels
weise einem Meter.
Fig. 5 zeigt einen Schaltkreis zur Erzeugung eines die Ent
fernung anzeigenden Ausgangssignales. Gemäß Fig. 5 sind die
Detektoren 26 und 36 als schraffierte Quadrate dargestellt,
die Ausgangssignale auf Leitungen 90 und 92 liefern. Diese
Leitungen sind an Kondensatoren 94 und 96 entsprechend ange
schlossen und die Kondensatoren 94 und 96 sind auf die
Eingänge von Verstärkern 98 und 100 geführt. Wie zuvor erwähnt,
bilden die Ausgänge der Detektoren 26 und 36 veränderliche
Signale, beispielsweise die sinusförmigen Ströme gemäß den
Fig. 3g und 3h, welche durch die Verstärker 98 und 100 ver
stärkt werden und über Leitungen 102 und 104 einem Phasen
detektor 106 zugeführt werden. Der Phasendetektor 106 kann
irgendein herkömmlicher Detektor sein, der auf einer Ausgangs
leitung 108 ein Signal mit einer Größe erzeugt, die sich mit
der Phasendifferenz zwischen den Signalen von den Detektoren
26 und 36 verändert. Dieses Signal wird einer Ausgangseinrichtung
zugeführt, die als Linsen-Einstellmechanismus 110 dargestellt
ist und beispielsweise zur Positionierung der Objektivlinse einer
Kamera verwendet wird. Abweichend hiervon kann die Einrichtung
10 eine Anzeigeeinrichtung sein, die eine sichtbare Anzeige
der Objektentfernung liefert.
Es ist somit erkennbar, daß vorstehend ein System angegeben
wurde, das die Objektentfernung zu ermitteln gestattet und
hierbei unter Umgehung des Problemes der Kanteneffekte ein ge
naues Ausgangssignal erzeugt. Vielfältige naheliegende Änderungen
liegen dem Fachmann auf der Hand. Beispielsweise kann anstelle
des beweglichen Gitters 24 in Form eines linear beweglichen
Sinusgitters irgendein Gitter anderer Ausgestaltung, beispiels
weise ein kreisförmiges Gitter oder rotierendes Prisma ver
wendet werden, um die gewünschte Lichtmodulation auf den Detek
toren 26 und 36 zu erzeugen. Der Phasendetektor 106 in Fig. 5
kann die Phase durch Feststellung des Abstandes zwischen
Amplitudenspitzen oder zwischen Nulldurchgängen der beiden
in den Fig. 3g und 3h dargestellten Detektorströme fest
stellen oder das Gitter 24 kann gewünschtenfalls so ausge
bildet sein, daß sich der Gitterabstand vom einen Ende zu
dem anderen Ende verändert, wobei in diesem Fall der Phasen
detektor die Position feststellen kann, an der bei einer
Bewegung des Gitters nach rechts in Fig. 1 die beiden Ströme
eine übereinstimmende Phase aufweisen. Gewünschtenfalls kann
der Linsen-Einstellmechanismus 110 zusätzlich zu der Posi
tionierung der Objektivlinse einer Kamera ebenfalls auf das
optische System und hierbei beispielsweise auf die Linse
12 in Fig. 1 einwirken, wobei durch Drehung dieser Linse
die Bilder auf den Detektoren 26 und 36 wiederum in Über
einstimmung zueinander gebracht werden.
Claims (1)
- Vorrichtung zur Scharfeinstellung von optischen Systemen mit einer strahlungsempfindlichen Einrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignales entsprechend dem Betrag der empfangenen Lichtstrahlung, mit Mitteln, um ein Bild eines entfernten Objektes auf der strahlungsempfindlichen Einrichtung zu er zeugen und mit einer Modulationseinrichtung im Strahlengang zwischen dem entfernten Objekt und der strahlungsempfindlichen Einrichtung, um die Strahlung und somit das Ausgangssignal in einer bestimmten Weise zu verändern, gekennzeich net durch ein ortsfestes Strahlenfilter (22; 24) im Strahlengang zur wenigstens teilweisen Dämpfung der zu der strahlungsempfindlichen Einrichtung (26; 36) übertragenen Strahlung in der Weise, daß in den Endbereichen der strahlungs empfindlichen Einrichtung (26; 36) die Dämpfung größer als im mittleren Bereich der strahlungsempfindlichen Einrichtung (26; 36) ist.
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