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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine automatische Fokussiereinrichtung nach dem Gattungsbegriff des Patenanspruches.
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Eine solche automatische Fokussiereinrichtung ist Gegenstand der prioritätsälteren DE-PS 30 38 712. Dort werden mit einem Meßobjektiv auf zwei Linsen in der Nähe der Bildebene des Meßobjektives erste und zweite Bilder der Austrittspupille des Meßobjektives erzeugt. Hinter jeder Linse ist ein Strahlungsdetektorpaar angeordnet, und die Signale dieser Strahlungsdetektoren werden entsprechend verarbeitet, um ein Fokussiersignal zu erhalten, das bei seinem Auftreten bewirkt, daß ein aus der Unendlichstellung in die Nahstellung verschobenes Aufnahmeobjektiv angehalten wird.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei einem sehr geringen Kontrast das Fokussiersignal wahllos auftreten kann, so daß die Vorrichtung das Aufnahmeobjektiv in einer beliebigen Stellung festhält, die auch der Nahstellung entsprechen kann, was zu einer unbefriedigenden Fokussierung führt.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine automatische Fokussiervorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß auch bei geringem Kontrast der aufzunehmenden Szene die Gefahr der Aufnahme unscharfer Bilder vermindert wird. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches.
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Das Aufnahmeobjektiv einer Kamera in einer Hyperfokusstellung anzuhalten, ist prinzipiell bereits aus der DE-OS 28 47 368 und der DE-AS 20 15 899 bekannt. Bei der aus der DE-OS 28 47 368 bekannten automatischen Fokussiervorrichtung geschieht dies, wenn keine ausreichende Koinzidenz zwischen den auf einer Lichtsensorgruppe durch zwei Abbildungssysteme abgebildeten Bilder besteht.
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Die Ausgestaltung dieser bekannten Vorrichtung ist sehr aufwendig. Bei der aus der DE-AS 20 15 899 bekannten automatischen Fokussiervorrichtung handelt es sich um ein aktives System, bei der das aufzunehmende Objekt mit einer Lichtquelle beleuchtet wird und bei dem auf unendlich eingestellt wird, wenn sich kein Objekt entlang der optischen Achse befindet.
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Eine relativ einfache automatische Fokussiervorrichtung ist schließlich aus der DE-AS 25 49 905 bekannt, bei der nur zwei Photoelemente jeweils vor und hinter einer zugeordneten Brennebene angeordnet sind, so daß beide Photoelemenete nur dann gleiche Lichtmengen zugeführt erhalten, wenn die Scharfabbildung in der Brennebene erfolgt. Dieses Kriterium ist in einfacher Weise durch eine Brückenschaltung auswertbar. Die Kontrastauswertung mit dieser bekannten Vorrichtung unterscheidet sich jedoch wesentlich von einem Bildvergleich, wie er bei der gattungsgemäßen Vorrichtung vorgenommen wird.
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Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei im folgenden die Erfindung näher beschrieben. Es zeigt
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Fig. 1 Ein Schaltungsdiagramm des erfindungsgemäßen elektronischen Schaltkreises;
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Fig. 2 den Verlauf des Ausgangssiganales bei einer Linsenverschiebung und einem normalen Kontrast der aufzunehmenden Szene;
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Fig. 3 den Verlauf des Ausgangssignales bei einer Linsenverschiebung und geringem Kontrast;
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Fig. 4 den Verlauf des Ausgangssignales bei einer Linsenverschiebung und geringem Kontrast, wobei erfindungsgemäß der Schaltkreis durch eine Spannung vorgespannt wird; und
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Fig. 5 den Verlauf des Ausgangssignales bei einer Linsenverschiebung und normalem Kontrast, wobei der Schaltkreis erfindungsgemäß vorgespannt wird.
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Gemäß Fig. 1 sind Detektoren 12 a, 12 b, 14 a und 14 b in Form von Kästchen dargestellt, die Ausgangssignale a 1, b 1, a 2 und b 2 liefern. Die Detektoren 12 a, 12 b, 14 a und 14 b sind vorzugsweise Fotodioden, deren Ausgangssignale durch den Betrag der emfangenen Strahlung vorgegeben sind. Das aus den Detektoren 12 a und 12 b bestehende Detektorpaar ist hinter einer ersten Elementarlinse angeordnet, die ein Bild der Austrittspupille der Fokussierlinse erzeugt, wie dies durch einen die beiden Detektoren umgebenden Kreis 20 angedeutet ist. In gleicher Weise sind die Detektoren 14 a und 14 b hinter einer Elementarlinse angeordnet, die ein Bild der Austrittspupille der Fokussierlinse erzeugt, was durch einen Kreis 22 veranschaulicht ist. In einem geeigneten Zustand der Scharfeinstellung belichten die Bilder 20 und 22 beide Detektoren 12 a und 12 b sowie beide Detektoren 14 a und 14 b gleichstark. In einem Zustand fehlender Scharfeinstellung verändern sich die Bilder 20 und 22 in einer Weise, die von der Richtung abhängt, in der das scharf abzubildende Objekt aus der geeigneten Fokussierstellung herausbewegt worden ist. Die Detektoren in jedem Detektorpaar emfangen hierbei unterschiedliche Strahlungsbeträge.
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Das Ausgangssignal a 1 des Detektors 12 a wird über eine Leitung 30 einem Schaltungspunkt 32 zugeführt. Der Schaltungspunkt 32 ist mit einem Anschluß einer logarithmierenden Diode 34 verbunden, welche mit ihrem anderen Anschluß über eine Leitung 36 an eine positive Spannungsquelle 38 angeschlossen ist. Der Zweck der logarithmierenden Diode 34 liegt darin, das am Schaltungspunkt 32 auftretende Signal in ein logarithmiertes Signal umzuwandeln. Die Signalgröße im Schaltungspunkt 32 ist somit durch log a 1 vorgegeben.
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In gleicher Weise sind die Detektoren 12 a, 14 a und 14 b über Leitungen 40, 50 und 60 an Schaltpunkte 42, 52 und 62 angeschlossen. Die Schaltungspunkte 42, 52 und 62 sind mit dem einen Anschluß von logarithmierenden Dioden 44, 54 und 64 verbunden, wobei der jeweils andere Anschluß dieser Dioden über die Leitung 36 an die positive Spannungsquelle 38 angeschlossen ist. Durch die logarithmierenden Dioden 34, 54 und 64 werden die Signale in den Schaltungspunkten 42, 52 und 62 in entsprechende Werte log b 1, log a 2 und log b 2 umgewandelt.
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Das Signal log a 1 im Schaltpunkt 32 ist über eine Leitung 70 an den positiven Eingang eines Diffenrenzverstärkers 72 angeschlossen, während das Signal b 2 im Schaltpunkt 42 über eine Leitung 80 an den negativen Eingang eines Differenzverstärkers 82 geführt. Das Signal log a 2 im Schaltungspunkt 52 ist über eine Leitung 84 an den postitiven Eingang des Differenzverstärkers 82 angeschlossen. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 82 tritt auf einer Leitung 86 auf und entspricht daher dem Wert log a 2 - log b 1.
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Das Ausgangsignal des Diffenrenzverstärkers 72 auf der Leitung 76 wird einem absolutwertbildenden Schaltkreis 90 zugeführt, dessen Ausgangssignal auf einer Leitung 92 über einen Widerstand 94 einem Schaltpunkt 96 zugeführt wird. Das im Schaltungspunkt 96 auftretende Signal ist somit durch den Wert log a 1/b 2 gegeben.
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In gleicher Weise wird das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 82 auf der Leitung 86 einem absolutwertbildenden Schaltkreis 100 zugeführt, dessen Ausgangssignal auf einer Leitung 102 über einen Widerstand 104 einem Schaltpunkt 106 zugeführt wird. Das im Schaltungspunkt auftretende Signal ist durch den Wert | log a 2 - log b 1 | oder vereinfacht durch den Wert | log a 2/b 1 | vorgegeben.
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Die Schaltungspunkte 96 und 106 sind über Leitungen 110 und 112 mit den entsprechenden Eingängen eines Differenzverstärkers 114 verbunden, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 116 einem Schaltungspunkt 118 zugeführt wird. Der Schaltungsunkt 118 ist mit dem Schaltungspunkt 106 über einen Widerstand 120 verbunden, während der Schaltungspunkt 96 über einen Widerstand 122 an Masse angeschlossen ist. Der negative Eingang des Differenzverstärkers 114 ist ferner über einen Widerstand 124 und eine Leitung 126 an das positive Potential der Anschlußklemme 38 angeschlossen. Das Potential der Anschußklemme 38 erzeugt über den Widerstand 124 am negativen Eingang des Diffenzenzverstärkers 114 eine Vorspannung, wodurch der Schaltkreis in der Lage ist, die bei einem geringen Kontrast auftretenden Probleme zu verhindern. Der Differenzverstärker 114 dient der Subtraktion der Signale in den Schaltungspunkten 96 und 106, so daß das in dem Schaltungspunkt 118 auftretende Signal durch den Wert | log a 1/b 2 | - | log a 2/b 1 | - V2 vorgegeben ist, wobei V2 dem über den Widerstand 124 angelegten Vorspannungssignal entspricht. Es sei darauf verwiesen, daß diese Gleichung die für das selbsttätig scharf eingstellte System verwendete und gewünschte Funktion darstellt. Das Signal im Schaltungspunkt 118 wird über eine Leitung 130 einem Leistungsvertärker 132 zugeführt, dessen Ausgangssignal auf einer Leitung 134 über eine Spule 136 an Masse gelegt ist. Mit Ausnahme des über den Widerstand 124 von der Anschlußklemme 28 angelegten zusätzlichen positiven Potentiales entspricht der vorstehend beschriebene Schaltkreis dem in der Eingangs erwähnten älteren Anmeldung dargestellten Schaltkreis.
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Gemäß Fig. 2 ist das im Schaltungspunkt 118 auftretende Signal über der Stellung der Hilfslinie der Kamera aufgetragen, wenn diese aus der Unendlichstellung in die Nahstellung von links nach rechts bewegt wird. Die Ausgangsspannung im Schaltungspunkt 118 ist in Fig. 2 durch eine Kurve 160 veranschaulicht, die mit einem positiven Wert auf der linken Seite beginnt, die Nullachse im Punkt 162 im mittleren Kurvenbereich schneidet und sich nach rechts mit einem negativen Wert erstreckt. Kurve 160 in Fig. 2 stellt die Kurve dar, die bei dem Schaltkreis gemäß der älteren Anmeldung vorliegen würde, bei welchem die zusätzliche Spannung an der Anschlußklemme 38 nicht über den Widerstand 124 zugeführt wird. Hierbei wird in Fig. 2 ein normaler Kontrast der betrachteten Szene angenommen. Zu beiden Seiten der Kurve 160 sind in Fig. 2 gestrichelte Linien 164 und 166 dargestellt. Die Linien 164 und 166 veranschaulichen die mögliche Variation, die in dem Ausgangssignal auf Grund von Veränderungen der Schaltkreisparameter in Fig. 1 auftreten können. Wenn beispielsweise geringe Fehleranpassungen hinsichtlich der Detektoren 12 a, 12 b, 14 a und 14 b vorliegen oder wenn andere Schaltkreiselemente, wie beispielsweise die absolutwertbildenden Schaltkreise 100 und 90 geringfügig unterschiedlich arbeiten, so kann das am Schaltungspunkt 118 auftretenden Signal einen Fehler in positiver Richtung bzw. in negativer Richtung aufweisen, wobei der maximale Fehler durch die gestrichelten Linien 164 und 166 angedeutet ist. Die Kurve 160 stellt somit keine genaue Kurve dar und kann in Abhängigkeit von der Charakteristik der elektronischen Komponenten des Systems zwischen den Linien 164 und 166 schwanken. Der Abstand zwischen den Kurven 164 und 166 ist leicht errechenbar wenn die Schaltkreisparameter bekannt sind.
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Bei einem normalen Kontrast innerhalb der aufzunehmenden Szene verursacht die geringfügige Veränderung der Kurve 160 keine Schwierigkeiten, da der Nulldurchgang unabhängig von der Veränderung der Schaltkreisparameter dicht bei dem Punkt 162 liegen wird. Bei geringem Kontrast kann jedoch die Veränderung zwischen den Kurven 164 und 166 zu ernsthaften Schwierigkeiten führen. Beispielsweise ist in Fig. 3 der Verlauf des Ausgangssignales durch eine Kurve 160 erneut dargestellt, wobei jedoch auf Grund des geringen Kontrastes der aufzunehmenden Szene die Signalgröße sowohl bei einer Verschiebung der Hilfslinien in die Unendlichstellung als auch in die Nahstellung sehr gering ist. Die aus den Linien 164 und 166 bestehende Einhüllung entsprechend der Fehlertorleranz ist erneut dargestellt, wobei dies jedoch zur besseren Veranschaulichung in Fig. 3 übertrieben wurde. Wie man leicht erkennt, erstreckt sich die Einhüllende in den negativen Bereich in der linken Hälfte mit der Linie 166 und in den positiven Bereich in der rechten Hälfte mit der Linie 164. Wenn daher eine Szene mit geringem Kontrast angetroffen wird, so kann das im Schaltungspunkt 118 in Fig. 1 auftretende tatsächliche Signal so variieren , daß es an irgendeinem Punkt entlang der Nullachse diese schneidet, woraufhin das System die Objektlinse der Kamera in einer falschen Stellung anhalten kann. Dies ist besonders schwerwiegend, wenn der Nulldurchgang bzw. die falsche Fokusstellung im Nahbereich auftritt, da dann die Objektivlinse auf ein nahes Objekt fokussiert ist und bei einem in Wirklichkeit weiter entfernten Objekt vollständig unscharf abbildet. Wenn die tatsächliche Scharfeinstellung nicht genau festgestellt werden kann, so ist es wünschenswert, daß das System wie eine Kastenkamera arbeitet, die im Unendlichen, bzw. auf eine hyperfokale Entfernung scharf eingestellt ist.
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Um dieses Problem zu vermeiden, wird das Vorspannungssignal von der Spannungsquelle 38 über die Leitung 126 und den Widerstand 124 dem Schaltkreis zugeführt. Dies führt zur Addition eines negativen Signales zu dem Ausgangssignal im Schaltungspunkt 118, wodurch gegenüber Fig. 3 die Nullachse angehoben, bzw. die Kurve 160 abgesenkt wird. Dies ist in Fig. 4 dargestellt, in welcher die Kurve 160 für den geringen Kontrast gemäß Fig. 3 in einer abgesenkten Lage in Bezug auf die Nullachse dargestellt ist, wobei der Verschiebebetrag etwa dem Abstand zwischen den Kurven 164 und 166 in Fig. 3 entspricht. Hierdurch liegt nunmehr die Kurve 164 vollständig unterhalb der Nullachse auch auf der linken, der Unendlichstellung entsprechenden Hälfte des Diagrammes, so daß beim Betriebsbeginn des Systems und bei einem geringen Kontrast sofort eine negative Spannung im Schaltungspunkt 118 auftritt und die Spule 136 in Fig. 1 die Bewegung der Objektivlinse der Kamera im Unendlichen, bzw. in der hyperfokalen Stellung gemäß Fig. 1 veränderlichen Systemparameter durch die einhüllenden Kurven 164 und 166 berücksichtig sind, kann bei geringem Kontrast kein Signal die Nullachse schneiden und es tritt keiln falscher Nulldurchgang auf. Die Kamera arbeitet daher wie eine Kastenkamera, die in der gewünschten hyperfokalen Stellung bzw. in der Unendlichstellung fokussiert.
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Fig. 5 zeigt die Kurve 160 bei normalen Kontrast wie in Fig. 2 und eine zweite Kurve 190 parallel aber in Bezug auf die Kurve 160 nach unten verschoben. Die Kurve 190 veranschaulicht die Arbeitsweise des Systems bei einem normalen Kontrast und bei vorhandener erfindungsgemäßer Vorspannung. Es ist erkennbar, daß bei angelegter Vorspannung die Kurve 160 gemäß Fig. 1 nunmehr nach unten in die Position der Kurve 190 verschoben ist, wobei der Verschiebebetrag durch das Vorspannungssignal vorgegeben ist. Dies hat zur Auswirkung, daß der Schnittpunkt 162 gegenüber Fig. 2 leicht nach links verschoben ist, so daß ein neuer Nulldurchgang in dem Punkt 192 auftritt. Das System nimmt daher eine Scharfeinstellung im Punkt 192 vor, der nicht der exakten Scharfeinstellung entspricht, wobei es sich aber herausgestellt hat, daß der Abstand zwischen den Punkten 162 und 192so klein ist, daß der Fokussierfehler ohne Bedeutung bleibt.