DE3016478C2 - - Google Patents

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)

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.