DE3004147A1

DE3004147A1 - Fokussierungsermittlungseinrichtung fuer eine kamera

Info

Publication number: DE3004147A1
Application number: DE19803004147
Authority: DE
Inventors: Harumi Aoki; Masahiro Kawasaki; Katsuhiko Miyata; Yoshio Sawada
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1979-02-09
Filing date: 1980-02-05
Publication date: 1980-08-14
Also published as: FR2448732A1; FR2448732B1; GB2047036A; GB2047036B; DE3004147C2; DE3050691C2

Description

HOFFMANN · 13ITLE & PARTNER

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · DIPL.-ING. W.EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMAN N ■ DIFL.-ING. W. LEHN

DIPl.-ING. K. FDCHSLE - DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE A (STERN HAUE) · D-8000 MD NCH EN 81 ■ TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29619 (PATH E)

.3.3. 063/4 s/wa

ASAHI KOGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA, TOKYO / JAPAN

Fokussierungsermiübungseinrichtung für eine Kamera

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur selbsttätigen Ermittlung der Fokussierung in einer Kamera durch Ermittlung des Kontrastes des Bildes eines zu fotografierenden Objektes mit Hilfe eines selbstabtastenden fotoelektrischen Elements. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Verbesserung einer derartigen Einrichtung, die es ermöglicht, die Fokussierung zu ermitteln,

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selbst wenn die Helligkeit des betrachteten Objektes sich ändert.

Es ist bekannt, dass bei einem optischen Bild eines zu fotografierenden, durch eine Linse abgebildeten Objektes der Unterschied in der Bildhelligkeit, d.h. der Kontrast zwischen Licht und Schatten des Bildes am Fokussierungspunkt seinen maximalen Wert erreicht. Dies beruht darauf, dass die optische Intensität (Leistungsspektrum des Bildes bezüglich jeder Ratoßfrequenz) am Fokussierungspunkt ein Maximum wird. Es wurden bereits eine Anzahl von Einrichtungen vorgeschlagen, um unter Ausnutzung dieser Erscheinung den Fokussie rungspunkt zu ermitteln.

Bei einer derartigen Einrichtung wird die Helligkeitsverteilung des Bildes eines Objektes elektrisch mit einem selbstabtastenden fotoelektrischen Element abgetastet, das ein zeitserielies Signal liefert, das elektrisch zur dynamischen Erfassung des Kontrastes verarbeitet wird. Das selbstabtastonde fotoelektrische Element enthält eine Anzahl mikrofotoelektrischer Elemente und eine Abtastschaltung. Die Einrichtung wird als MOS-FET-Bauart oder ladungsgekoppelte Bauart bezeichnet, abhängig von der Anordnung der verwendeten Abtastschaltungen, wovon beide im Handel erhältlich sind. Das fotoelektrische Element kann Ladungen im Einklang mit der zugeführten Lichtmenge während einer einzigen Abtastperiode sammeln. Bleibt daher die Abtastgeschwindigkeit des fotoelektrischen Elements unverändert, so ändert sich die durch das fotoelektrische Element gesammelte Ladung mit der Intensität des auffallenden Lichtes. Wird

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die Abtastgeschwindigkeit geringer gemacht, so wird die Menge der gesammelten Ladung vergrössert. Daher kann selbst bei niedriger Lichtintensität das fotoelektrische Element ein ausreichendes Ausgangssignal liefern.

Bei einer Äusführungsform einer selbsttätigen Fokussierungsermittlungseinrichtung, die ein selbstabtastendes fotoelektrisches Element vewendet, wird ein einziger Randabschnitt ,der den höchsten Kontrast der Abschnitte eines Objektbildes, die einer Reihe von mikrofotoelektrischen Elementen zugeführt werden, ausgewählt und der Unterschied zwischen den Ausgangssignalen zweier mikrofotoelektrischer Elemente, die benachbart dem mikrofotoelektrischen Element,an das der Randabschnitt zugeführt wird oder zu beiden Seiten desselben liegen, abgetastet und die Fokissierung wird abhängig von einer Erhöhung und Erniedrigung im Differenzausgangssignal ermittelt. Bei dieser Einrichtung wird, selbst wenn der Kontrast eines zu fotografierenden Objektes konstant bleibt, der Unterschied zwischen den Ausgangssignalen der beiden mikrofotoelektrischen Elemente sich bei Änderung der Helligkeit des Objektes verändern. Werden die Intensitäten des Lichtes, das den beiden mikrofotoelektrischen Elementen zugeführt wird,jeweils mit E₁ und E₂ bezeichnet, so ergibt sich für das Differenz-Ausgangssignal

_v „ (Ε, - E₂) T₀ S_

wobei T eine einzige Abtastperiode bedeutet, S die optische Empfindlichkeit des fotoelektrischen Elementes

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und C. die Kapazität der Verbindungsstelle.

Erhöht oder erniedrigt sich die Helligkeit eines zu fotografierenden Objektes um den Faktor Φ, so ändert sich das Differenz-Ausgangssignal ^V entsprechend (^V¹ = pi/^V) . Ändert sich daher die Helligkeit eines Objektes, so ist es unmöglich, den Fokussierungspunkt richtig zu ermitteln. Andererseits ist in einem selbstabtastenden fotoelektrischen Element der Dynamikbereich des Ausgangssignals des Elementes bezüglich des Lichtflusses nicht so breit als dies erwünscht ist. Daher können bei konstanter Abtastgeschwindigkeit die Ausgangssignale der erwähnten mikrofotoelektrischen Elemente eine Sättigung erreichen oder auf einen Rauschpegel abfallen, so dass es erneut schwierig ist, das Differenz-Ausgangssignal zu ermitteln.

Es ist bereits ein Verfahren zur Beseitigung der vorausgehend aufgeführten Schwierigkeiten bekannt. Bei diesem Verfahren ist ein fotoelektrisches Element zur Erfassung einer Durchschnittsbeleuchtung neben dem selbstabtastenden fotoelektrischen Element angeordnet und die Abtastgeschwindigkeit öes selbstabtastenden fotoelektrischen Elements wird entsprechend der Grosse des Ausgangssignals des fotoelektrischen Elements zur Erfassung der Durchschnittsbeleuchtung verändert. Das heisst_r es wird ein Ausgangssignal· entsprechend der Durchschnittsbeleuchtung durch das einzelne .-für diesen Zweck vorgesehene fotoelektrische Element geliefert und dieses Ausgangssignal wird zur Steuerung der Abtastgeschwindigkeit verwendet. Insbesondere werden, falls eine durchschnittliche Beleuchtungsstärke E in einen Wert E¹ geändert wurde,nachdem sie

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um den Faktor d. vergrössert oder verringert wurde, die Ausgangssignale E₁ ¹ und E₂' der beiden mikrofotoelektrischen Elemente jeweils gleich cOE. und 06E₃ (E₁ ' = und E₂ ¹ = 06E.). Das Differenz-Ausgangssignal ^V kann ermittelt werden, indem die Abtast zeit auf T ' = T /yC eingestellt wjrd. Bei diesem Verfahren wird, selbst wenn die durchschnittliche Helligkeit eines Objektes sich ändert (entweder erhöht oder erniedrigt) das Differenzausgangssignal der vorausgehend erwähnten beiden mikrofotoelektrischen Elemente unverändert gehalten und der Dynamikbereich des fotoelektrischen Ausgangssignals gegenüber dem Lichtstrom wird erhöht und entsprechend wird ein Fokussierungsanzeigesignal selbst für ein Objekt geringer Helligkeit geliefert.

Dieses Verfahren ist jedoch noch in folgender Beziehung nachteilig. Bewegt sich ein Objekt während der Messpex-iode oder wird die Kamera bewegt, so ändert sich das Ausgangssignal des fotoelektrischen Elements zur Erfassung der Durchschnittsbeleuchtung und entsprechend ändert sich das D.i fferenz-Ausgangssignal zwischen den beiden mik.rofotelektrischen Elementen.

Der Erfindung liegt daher die Au.fgabe zugrunde, eine Fokussierungsermittlungeinrichtung zu schaffen, bei welcher die vorausgehend beschriebenen Schwierigkeiten beseitigt sind und das Kontrastsignal eines zu fotografierenden Objektes konstant ist, selbst wenn die durchschnittliche Helligkeit des Objektes sich erhöht oder erniedrigt, und der Dynamikbereich des fotoelektrischen Ausgangssignals bezüglich des Lichtflusses erhöht ist, um ein brauchbares Kontrastsignal selbst für ein Objekt niedriger Helligkeit

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zu erhalten und selbst dann, wenn sich ein Objekt oder die Kamera bewegt, so dass eine zufriedenstellende Fokussierungsermittlung durchgeführt wird.

Ferner soll durch die Erfindung eine Fokassierungsermittlungseinrichtung geschaffen werden, die sowohl wirtschaftlich als auch kompakt ist und die unter Verwendung üblicher Bauelemente in Verbindung mit. einer einäugigen Spiegelreflexkamera eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Fokussierungsermittlungseinrichtung für eine Kamera, bei welcher ein selbstabtastendes fotoelektrisches Element eine Anzahl von mikrofotoelektrischen Elementen und eine Abtastschaltung zur Erzeugung eines Kontrastsignals eines Bildes eines zu fotografierenden Objektes aufweist, um die richtige Fokusierung selbsttätig zu ermitteln, gelöst durch ein fotoelektri~ sches Element zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung des zu fotografierenden Objektes, eine Einrichtung zum Entfernen einer hochfrequenten Komponente vom Ausgangssignal, das durch das fotoelektrische Element zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung erzeugt wird, und einen Impulsgenerator zur Erzeugung eines Taktimpulssignals zur Steuerung das selbstabtastenden fotoelektrischen Elementes, wobei die Frequenz des Taktimpulssignals abhängig vom Ausgangssignal des fotoelektrischen Elementes zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung verändert wird, so dass, wenn die Helligkeit des Objektes öich erhöht, die Frequenz des Taktimpulssignals ansteigt, um dabei ein Kontrastsignal zu ergeben, das frei von Änderungen als Folge von Helligkeitsänderungen des Objektes und von Komponenten des Ausgangssignals des fotoelektrischen

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Elements zur Ermittlung der Durchschnittshelligkeit ist, die durch eine Bewegung des Objektes oder der Kamera ver-

ursacht werden.

Die Erfindung wird anschliessend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Kurvendarstellung, die Änderungen des Ausgangssignals eines selbstabtastenden fotoelektrisehen Elements in Fokussierungsposition und ausserhalb derselben angibt,

Fig. 2 eine Kurvendarstellung zur Erläuterung, in welcher Weise ein Kontrastsignal seinen Maximalwert am Fokussierungspunkt erreicht,

Fig. 3 ein Diagramm, das eine typische Beziehung zwischen Beleuchtungsstärke und Belichtung bei einem selbstabtastenden fotoelektrischen Element angibt,

Fig. 4 eine erläuternde Darstellung, teilweise als Blockschaltbild, für eine Beschreibung eines Verfahrens, bei welchem ein Kontrastsignal, das frei von Auswirkungen von Helligkeitsänderungen ist, unter Verwendung eines fotoelektrischen Elements zur Ermittlung einer Durchschnittsbeleuchtung erzeugt wird,

Fig. 5 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines fotoelektrischen Elementabschnittes in einer erfindungsgemässen Fokussierungsermittlungseinrichtung,

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Fig. 6 eine erläuternde Darstellung, die die Bewegung des Bildes eines zu fotografierenden Objektes auf einem fotoelektrischen Element zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung angibt,

Fig. 7 eine Kurvendarstellung,aus der Änderungen im Ausgangssignal des fotoelektrischen Elements zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung als Folge einer Bewegung der Kamera oder dergleichen angegeben sind-

Fig. 8 eine Schaltung, zum Teil als Blockschaltbild, die ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektrischen in der erfindungsgemässen Fokusaierungserraittlungseinrichtung verwendeten Schaltung darstellt,

Fig. 9 eine erläuternde Darstellung, zum Teil als Blockschaltbild,eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Fokussierungsermittlungseinrichtung,

Fig. 10 eine erläuternde Darstellung einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Fokussierun gsermittlungsexnrichtung, und

Fig. 11 eine Schaltung, zum Teil als Blockschaltbild, entsprechend einer zweiten Ausführungsform einer mit der erfindungsgemässen Fokussierungsermittlungseinrichtung verwendeten Schaltung.

Die Erfindung wird anschliesserid anhand der Zeichnungen erläutert.

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Fig. 1 ist eine grafische Darstellung, die das Ansprechen auf ein fotoelektrisches Ausgangssignal angibt, wenn ein kantenförmiges optisches Bild am selbstabtastenden fotoelektrischen Element vorliegt. In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen P.. bis P_fi die Positionen von sechs mikrofotoelektrischen Elementen. Das fotoelektrische Ausgangssignal eines jeden mikrofotoelektrischen Elementes wird durch die zugeordnete Ordinate dargestellt. Ein optisches Bild an der richtigen Fokussierungsposition ist durch die gestrichelte Linie 1 angegeben, während das gleiche Bild für eine Fehlfokussierungsposition durch die strichpunktierte Linie 2 angegeben ist.

Wird der Zustand des optischen Bildes gemäss Fig. 1 verändert, so ändern sich die Ausgangssignaie der mikrofotoelektrischen Elemente, die am Fokusierungspunkt mit p^ und p. bezeichnet sind in solche, die bei Fehlfokussierung mit p₃ ^f und p,¹ bezeichnet v/erden, werden die Ausgangssignale bei p₃ und p₄ durch I (P₃) und I(p.) bezeichnet und jene bei p₃' und p^¹ jeweils mit (IP3¹) und Kp₄ ¹), so unterscheidet sich der Absolutwert C = /I (p ) - I(p.)/ des Differenz-Ausgangssignals der beiden Elemente am richtigen Fokussierungspunkt vom Wert C^e = /I(p~') - I(p.')/ am vorgegebenen Fehlfokussierungspunkt. Das heisst, der Absolutwert ist grosser zum Zeitpunkt der Fokussierung. Der Absolutwert des Differenz-Ausgangssignals wird als "Kontrastausgang" bezeichnet. Wird ein selbstabtastendes fotoelektrisches Element in eine Position gebracht, die der Filmoberfläche in einer Kamera entspricht, so ist gemäss Fig. 2 der Kontrastausgang in Form eines Bogens über dem Linsenvorschub angeordnet, wobei der Bogen sein Maximum am Fokussierungspunkt auf v/eist.

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Fig. 3 ist ein Diagramm,· das die Beleuchtungsstärke (E) abhängig von der Belichtungscharakteristik (Q) angibt. Bezogen auf Abtastzeiten T., T„ und T., einer einzigen Abtastperiode ändert sich die Charakteristik jeweils als Verteilung 3, 4 und 5. Die Beziehung zwischen diesen Abtastzeiten ist T. <T„<iT-. Ein Dynamikbereich, in welchem die Belichtung keine Sättigung erreicht, wird durch D angegeben. Ist die Abtastgeschwindigkeit konstant, so ändert sich das fotoelektrische Ausgangssignal mit der Grosse der Beleuchtungsstärke im Bereich D. Wird die Abtastgeschwindigkeit abhängig von der Helligkeit eines zu fotografierenden Objektes veränderlich gemacht und die Abtastgeschwindigkeit bei steigender Beleuchtungsstärke vergrössert_r so wird der Dynamikbereich vergrössert und es wird, selbst wenn die Durchschnittshelligkeit eines Objektes sich ändert, ein konstantes Kontrastsignal erhalten.

Zur Durchführung eines derartigen Verfahrens ist eine Vorrichtung gemäss Fig. 4 vorgesehen.- Ein Bild eines zu fotografierenden Objektes 6 wird durch eine Linse 7 auf einem selbstat>tastenden fotoelektrischen Element 8 abgebildet. Ein einzelnes fotoelektrisches Element 9 zur Ermittlung einer Durchschnittsbeleuchtung ist in der Ebene des selbstabtastenden fotoelektrischen Elements angeorndet. Der vom fotoelektrischen Element 9 zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung erzeugte Fotostrom wird durch eine Strom-Spannung-Umsetzerschaltung 10 in ein Spannungsausgangssignal umgewandelt. Änderungen in der Ausgangsspannung werden durch eine Frequenz-Umsetzerschaltung 11 in Frequenzänderungen umgewandelt, wobei das Ausgangssignal der Frequenz-Umsetzerschaltung 11

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einem Impulserzeugerkreis 12 zugeführt wird, wo es in eine Folge von Impulsen veränderlicher Frequenz umgesetzt wird. Die Impulsfolge wird einer Abtastschaltung 13 zugeführt und wird in ein Abtast-Impulssignal zur Steuerung des selbstabtastenden fotoelektrischen Elements 8 umgewandelt. Die Abtastung des Bildes des Objekts durch das selbstabtastende fotoelektrische Element 8 erzeugt ein fotoelektrisches Ausgangssignal,aus dem das Kontrastsignal des Objektbildes durch eine Kontrastermittlungsschaltung 14 entnommen wird. Vergrössert sich bei der vorausgehend beschriebenen Vorrichtung die Durchschnittshelligkeit des Bildes eines Objektes, so weist das selbstabtastende fotoelektrische Element 8 eine hohe Abtastgeschwindigkeit auf, so dass der Dynamikbereich in der vorausgehend erläuterten Weise vergrössert werden kann.

Fig. 5 zeigt einen fotoelektrischen Elementteil für eine bevorzugte Ausführungsform einer Fokussierungsermittlungseinrichtung gemäss Fig. 4. Eine Anzahl mikrofotoelektrischer Elemente 8a bis 8z sind auf einem fotoelektrischen Elementsubstrat 15 angeordnet. Eine Abtastschaltung 16 für die Steuerung der mikrofotoelektrischen Elemente 8a bis 8z und ein fotoelektrisches Element 9 zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung sind neben der Reihe der mikrofotoelektrischen Elemente angeordnet. Die mikrofotoelektrischen Elemente 8a bis 8z und die Abtastschaltung 16 bilden zusammen ein selbstabtastendes fotoe.iektrisches Element 8. Die Abtastgeschwindigkeit des selbstabtastenden fotoelektrischen Elements 8 kann entsprechend den Änderungen (Erhöhung oder Erniedrigung) des Ausgangssignals des fotoelektrischen Elements 9 für die Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung verändert werden.

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Es ist nicht immer erforderlich, das fotoelektrische Element 9 für die Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung am Substrat anzuordnen, d.h. das fotoelektrische Element 9 kann in einer Lage angebracht werden, die äquivalent zur Lage des mikrofotoelektrischen Elements ist.

Erfährt jedoch das Bild eines Objektes, das am fotoelektrischen Element 9 zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung abgebildet wird, eine Schwingung,weil sich das Objekt bewegt oder die Kamera unruhig gehalten wird, so ändert sich das fotoelektrische Ausgangssignal. Fig. 6 zeigt die. Bewegung des Bildes eines kantenförmigen Objektes 17 in eine Position 18 oder 19, die am fotoelektrischen Element 9 zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung im /abstand von der Position 17 liegen. Falls das Bild gemäss Fig. 6 hin und her schwingt, so ändert sich das Ausgangssignal des fotoelektrischen Elements 9 für die Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung,selbst wenn die Kontrastverteilung des Objekts die gleiche ist, wodurch die Abtastgeschwindigkeit sich ändert und das Kontrastsignal geändert wird,

Fig. 7 zeigt Änderungen des fotoelektrischen Ausgangssignals des fotoelektrischen Elements 9 zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung, die durch die vorausgehend beschriebene Bildveränderung verursacht sind. In Fig. 7 wird das fotoelektrische Ausgangssignal, das durch die gestrichelte Linie 20 angegeben ist, erzeugt, wenn ein Bild eines Objekts stationär ist, während die voll ausgezogene Linie 21 das fotoelektrische Ausgangssignal angibt, das bei bewegtem Bild erhalten wird. ·

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Um die vorausgehend beschriebene Schwierigkeit zu überwinden, wird erfindungsgemäss das Ausgangssignal des fotoelektrischen Elements zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung geglättet oder ein Bild eines Objekts, das auf dem fotoelektrischen Element zur Ermittlung der Durchschnittsb leuchtung gebildet wird, wird fehlfokussiert. Das heisst, die hohe Raumfrequenzkomponente wird entfernt. In diesem Falle bleibt das erhaltene Ausgangssignal im wesentlichen konstant. Dies stellt eines der besonderen Merkmale der Erfindung dar. Die strichpunktierte Linie 22 in Fig. 7 gib das fotoelektrische Ausgangssignal an, welches erzeugt wird, wenn die hohe Raumfrequenzkomponente in der vorausgehend beschriebenen Weise entfernt wird. Im allgemeinen ist die Änderung des fotoelektrischen Ausgangssignals als Folge einer Bewegung der Kamera eine Störung mit einer Frequenz in der Grössenordnung von einigen 10 Hz. Werden daher die Frequenzen im Ausgangssignal entfernt, die höher als mehrere Hz sind, so können die als Folge einer Bewegung einer Kamera auftretenden Wirkungen praktisch vernachlässigt werden.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Schaltung für eine erfindungsgemässe Fokassierungsermittlungseinrichtung. Der Fotostrom einer Fotodiode D₁ zur Ermittlung einer Durchschnittsbeleuchtung wird durch einen Operationsverstärker A- in eine Spannung umgewanddelt«. Die auf diese Weise erzeugte Spannung wird durch ein Tiefpassfilter geglättet, das aus einem Widerstand R₂ und einem Kondensator C₁ besteht. Das geglättete Signal wird über einen Pufferverstärker oder Operationsverstärker A₀ über einen Widerstand R, einem Kondensator C₀

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zugeführt, der parallel zu einem Operationsverstärker A₃ liegt, um dadurch den Kondensator C₂ aufzuladen. Das Ausgangssignal des auf diese Weise geladenen Kondensators C₂ wird mittels eines !Comparators, der einen Operationsverstärker A₁^ enthält, mit einem durch Widerstände R. und Rc eingestellten Schwellenwert verglichen. Überschreitet das Ausgangssignal des Kondensators C₂ den Schwellenwert, so wird ein Analogschalter S₁ eingeschaltet, so dass der Kondensator C₂ durch eine rasche Entladung in seinen Ausgangszustand zurückkehrt. Gleichzeitig wird der Zustand des Ausgangssignals des Komparators verändert, wodurch der Analogschalter S₁ ausgeschaltet wird. Der Kondensator C₂ wird in dieser Weise wiederholt aufgeladen und entladen, wodurch ein Taktimpulssignal an der mit "Ausgang" bezeichneten Klemme erhalten wird. Das Taktimpulssignal wird der Abtastschaltung des selbstabtastenden fotoeiektrischen Elements zur Steuerung des Abtastvorgangs zugeführt.

In Fig. 9 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung in Verbindung mit dem Mechanismus einer einäugigen Spiegelreflexkamera dargestellt. Das Bild eines zu fotografierenden Objektes 6 wird durch eine Linse 7 abgebildet. Ein halbdurchlässiger Spiegel 23 liegt hinter der Linse 7 in einer solcher Stellung, dass Licht vom Objekt durch den halbdurchlässigen Spiegel 23 gegen ein selbstabtastendes fotoelektrisches Element 8 gerichtet wird und ein RiJd des Objektes darauf projiziert. Das Licht, das durch den halbdurchlässigen Spiegel 23 hindurchtritt, gelangt an ein fotoelektrisches Element 9 zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung und liefert ein Objektbild vor dem Element 9. Dabei kann die Vorrichtung derart

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ausgebildet sein, dass das Objektbild hinter dem fotoelektrischen Element 9 entsteht. Ferner kann die Vorrichtung derart ausgebildet sein, dass im Gegensatz zur Anordnung nach Fig. 9 die Durchschnittsbeleuchtung unter Verwendung eines Lichtes ermittelt wird, das vom halbdurchlässigen Spiegel reflektiert wird.

Das fotoelektrische Ausgangssignal des fotoelektrischen Elements 9 zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung wird durch einen Strom-Spannung-Umsetzer in ein Spannungsausgangssignal umgewandelt. Änderungen im Spannungsausgangssignal des Strom-Spannung-Umsetzers 10 werden durch die Frequenz-Umsetzerschaltung 11 in eine Frequenz umgesetzt, wobei der Ausgang dieser Schaltung durch einen Taktimpulserzeugerkreis in eine Folge von Impulsen veränderlicher Frequenz umgewandelt wird. Diese Impulsfolge wird einer Abtastschaltung 13 zugeführt und dient als Abtastimpulssignal zur Steuerung des selbstabtastenden fotoelektrischen Elements 8, von dessen Ausgang ein Kontrastsignal durch eine Kontrast-Ermittlungsschaltung 14 entnommen wird. In einer derart aufgebauten Vorrichtung ist das Bild des Objektes am fotoelektrischen Element 9 zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung fehlfokussiert und daher wird das fotoelektrische Ausgangssignal durch eine Bewegung des Objektes oder eine Bewegung der Kamera nur wenig verändert. Somit ist das erhaltene Kontrastsignal frei von durch Schwingungen verursachten Änderungen des Bildes des zu fotografierenden Objektes.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Fokussierungsermittlungseinrichtung. Bei dieser Ausfuhrungsform wird das Bild des zu fotografierenden

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Objektes auf einer Diffusorplatte 24 gebildet, um die hohen Raumfrequenzkomponenten des Bildes des Objektes zu entfernen. Licht vom Objekt 6 wird über einen halbdurchlässigen Spiegel 23 einem selbstabtastenden fotoelektrischen Element und der Diffusorplatte 24 mittels einer Linse 7 zugeführt, so dass das Bild des Objektes 6 sowohl auf dem fotoelektrischen Element 8 und der Diffusorplatte 24 gebildet wird. Das Bild auf der Diffusorplatte 24 wird erneut über eine Linse 25 an dem fotoelektrischen Element 9 zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung gebildet. Das Ausgangssignal des fotoelektrischen Elements 9 wird in ähnlicher Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig. 9 verarbeitet und es wird infolgedessen ein Kontrastsignal erhalte , das frei von Schwingungseinflüssen des Bildes des Objektes ist. Dabei kann die Linse 25 derart angeordnet sein, dass das Bild am fotoelektrischen Element 9 zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung fehlf okussiert ist. Dies liefert ein brauchbareres Resultat. Die Anordnung nach Fig. 10 ist ähnlich wie eine einäugige Spiegelreflexkamera ausgebildet, so dass deshalb die Diffusorplatte auch als Fokussierungsplatte verwendet werden kann.

Ein zweites Ausführungsbeispiel einer mit der erfindungsgemässen Fokussierungsermittlungseinrichtung verwendeten Schaltung ist in Fig. 11 dargestellt. Bei dieser Schaltung wird der Fotostrom von der Fotodiode PD zur Ermittlung der Durchschndttsbeleuchtung durch einen Operationsverstärker A₁ in eine Spannung umgewandelt. Ein Kondensator C, der parallel zu einem weiteren Operationsverstärker A₃ liegt, wird durch diese Spannung aufgeladen. Das Ausgangssignal des auf diese Weise aufgeladenen Kondensators

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C wird mit einem durch Widerstände R. und R₅ in einem Komparator gelieferten Schwellenwert verglichen und zwar unter Verwendung eines Operationsverstärkers A^. überschreitet die Spannung des Kondensators C den Schwellenwert, so wird ein Analogschalter S₁ eingeschaltet, wodurch der Kondensator C schnell auf seinen Ausgangszustand entladen wird. Gleichzeitig ändert sich der Zustand des Ausgangssignals des Komparators und infolgedessen wird der Analogschalter S. erneut abgeschaltet. Der Kondensator C wird auf diese Weise wiederholt geladen und entladen und ein Taktimpulssignal wird an der mit "Ausgang" bezeichneten Klemme erhalten. Dieses Taktimpulssignal wird der Abtastschaltung des selbstabtastenden fotoelektrischen Elements zur Steuerung des Abtastvorgangs zugeführt.

Aus der vorausgehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass bei einer mit Kontrasterfassung arbeitenden erfindungsgemässen Fokussierungsermittlungseinrichtung, die ein selbstabtastendes fotoelektrisches Element verwendet, der Kontrastausgang zu allen Zeiten konstant bleibt, selbst wenn die Durchschnittshelligkeit eines zu fotografierenden Objektes sich ändert und entweder ansteigt oder abfällt, und der Dynamikbereich des fotoelektrischen Ausgangssignals, bezogen auf den Lichtstrom, wird entsprechend erhöht. Daher wird ein Fokussierungsanzeigesignal präzise geliefert,sowohl für ein Objekt, das eine geringe Helligkeit oder eine extrem hohe Helligkeit aufweist, und das auf diese Weise erzeugte Signal ist im wesentlichen frei von Wirkungen, die durch eine Bewegung des Objektes oder eine Bewegung der Kamera verursacht sind. Daher wird durch die Erfindung eine mit selbsttätiger Fokussierung ausgestattete

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Kamera geschaffen, die eine hohe Verlässlichkeit und Genauigkeit besitzt. Darüber hinaus ist die durch die Erfindung erhaltene Kamera wirtschaftlich und kompakt, da der Mechanismus einer einäugigen Spiegelreflexkamera verwendet werden kann.

Zusammenfassend wird durch die Erfindung eine automatische Fokussierungsermittlungseinrichtung für eine Kamera geschaffen, die ein selbstabtastendes fotoelektrisches Element verwendet, wobei ein Kontrastsignal erzeugt wird, das unabhängig von Änderungen von der Helligkeit eines zu fotografierenden Objektes und von Schwingungen der Kamera ist. Die Einrichtung enthält ein fotoelektrisches Element zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung des Objektes, eine Einrichtung zur Entfernung einer hohen Prequenzkomponente des Ausgangssignals, das vom fotoelektrischen Element zur Erfassung der Durchschnittsbeleuchtung erzielt wird, und einen Impulsgenerator zur Erzeugung eines Taktimpulssignals zur Steuerung des selbstabtastenden fotcelektrischen Elements. Die Frequenz des Taktimpulssignals wird abhängig vom Ausgangssignal des fotoelektrischen Elements zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung geändert. Steigt die Helligkeit des Objektes an, so erhöht sich die Frequenz des Taktimpulssignals, wodurch ein konstantes Signal erzeugt wird, das frei von Änderungen als Folge einer Helligkeitsänderung des Objektes ist, sowie von Rauschkomponenten des Ausgangssignals des fotoelektrischen Elemente für die Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung, die durch eine Bewegung des Objektes oder der Kamera verursacht sind.

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Claims

HOP-FMANN · EITLK <& PARTNER OR. ING. Γ:. HOFFMANN (1P3C-1976) . DIPL.-I N G. W.fiIHE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-INO. V/. LEH N Din.-ING. iC.rnCHSLF · DE. RCR. ΝΛΤ. U. !!ΛΜ'.ίΊΊ ARADKILASTRASSfi 4 {STERNHAUS! · D-8000 MO N CH E N 81 · TELEFON (08«j 911037 · TELEX 05-79619 (FATH E) . 33 063/4 s/wa ASAHI KOGAKU KOGYO KABUSHIKl KÄISHA, TOKYO / JAPAN Fokussderungsermittlungseinrichtung für eine Kamera PATENTANSPRÜCHE

1. Fokossierungsermittlungseinrichtung für eine Kamera, in welcher ein selbstabtastendes fotoelektrisches Element mit einer Anzahl mikrofotoelektrischer Elemente und eine Abtastschaltung vorgesehen sind, um ein Kontrastsignal eines Bildes eines zu fotografierepcler* ^b^e^tes zu er^su"⁰¹¹ u¹'"^ ^s^iTch SGlbsttii'*~*i*~* den richtigen Fokussißrungspunkt zu ermitteln, gekennzeichnet durch ein fotoelektrisches Eleiuent (9) zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung des zu fotografierenden Objektes, eine Einrichtung

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zur Entfernung einer hohen Frequenzkomponente vom Ausgangssignal des fotoelektrischen Elements (9) zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung, einen Impulsgenerator (12) zur Erzeugung eines Taktimpulssignals zur Steuerung des selbstabtastenden fotoelektrischen Elements (8), wobei die Frequenz des Taktimpulssignals entsprechend dem Ausgangssignal des fotoelektrischen Elements (9) zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung geändert wird, so dass, wenn die Helligkeit des Objektes sich erhöht, die Frequenz des Taktimpulssignals ansteigt, um ein Kontrastsignal zu ergeben, das frei von Änderungen als Folge von Änderungen der Helligkeit des Objektes und von Komponenten des Ausgangssignals des fotoeiektrischen Elements zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung ist, die durch eine Bewegung des Objekts oder der Kamera erzeugt v/erden.

2. Fokussierungsermittlungseinrichtung für eine Kamera, gekennzeichnet durch ein selbstabtastendes fotoelektrisches Element (8), das eine Anzahl von mikrofotoeiektrischen Elementen (8a - 8z) und eine Abtastschaltung (16) enthält, um ein Kontrastsignal des Bildes eines zu fotografierenden Objektes zu liefern und automatisch einen richtigen Fokussierungspunkt zu ermitteln, ein fotoelektrisches Element (9) zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung, das zumindest in der Nähe einer Stellung liegb, dieoptisch äquivalent zur Stellung der mikrofotoelektrischen Elemente (8a - 8z) ist, ein Tiefpassfilter, das mit einer Ausgangsklemme des fotoelektrischen Elements (9) zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung verbunden

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ist, um eine Schwingungskomponente in dessen Ausgangssignal zu entfernen und einen Taktimpulserzeugerkreis (12) zur Erzeugung eines Taktimpulssignals, dessen Frequenz sich entsprechend einem Ausgangssignal des Tiefpassfilters ändert, wobei der Taktimpulserzeugerkreis zur Steuerung des selbstabtastenden fotoelektrischen Elements (δ) angeschlossen ist, so dass, wenn die Helligkeit des Objektes sich erhöht, die Frequenz des Taktimpulssignals ansteigt, um ein Kontrastsignal zu erzeugen, das frei von Änderungen in der Helligkeit des Objektes ist und um Änderungskomponenten des Kontrastsignals zu beseitigen, die durch eine Bewegung des Objektes verursacht werden.

3. Fotaissierungsermittlungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass das Tiefpassfilter einen ersten Verstärker (A₁) enthält, der zum Empfang eines Ausgangssignals des fotoelektrischen Elements (9) zur Ermittlung⁰der Durchschnittsbeleuchtung angeschlossen ist, einen Widerstand (R„),dessen eine Klemme mit einer Ausgangsklemme des ersten Verstärkers (A.) verbunden ist, und einen ersten Kondensator (C₁), der zwischen einer zweiten Klemme des

,Widerstands (R₂) und Masse liegt.

4. Fokussierungsermittlungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , dass der Taktimpulsgenerator einen eingangsscitigcn Puffsrverstärker (A₂) aufweist, dessen eine Eingangsklemme mit einer Ausgangsklemme des Tiefpassfilters verbunden ist, sowie einen zweiten Operationsverstärker (A,) und einen zweiten Kondensator (C₂), der zwischen

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einer Ausgangsklemrae unä einer inversen Eingangsklemrae des zweiten Operationsverstärkers liegt, einen Analogschalter (S.,), der parallel zum zweiten Kondensator (C₂) liegt, und einen Komparator (A,), dessen eine Eingangsklemme mit der Ausgangsklemme des zweiten Operationsverstärkers (A_) verbunden ist, und dessen zweite Eingangsklemme an ein Bezugspotential angeschlossen ist, wobei ein Ausgang des Komparators mit dem Steuereingang des Analogschalters (S₁) verbunden ist.

5, Fokussierungsermittlungseinrichtung für eine Kamera, gekennzeichnet durch ein selbstabtastendes fotoelektrisches Element (8), das eine Anzahl mikrofotoelektrischer Elemente (8a - 82) und eine Abtastschaltung (16) zur Erzeugung eines Kontrastsignals eines Bildes eines zu fotografierenden Objektes erzeugt, um automatisch den richtigen Fokussierungspunkt zu ermitteln, ein fotoelektrisches Element (9) zur Ermittlung der Durchschnittshelligkeit, das in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse eines optischen Bildes liegt, ein optisches System, um am fotoelektrischen Element zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung das Bild des Objektes abzubilden von welchem eine hohe Raumfrequenzkomponente entfernt wird, und einen Taktimpulserzeugerkreis zur Erzeugung eines Taktimpulssignals zur Steuerung der selbstabtastcndcn fotoelektrischen Elemente, wobei die Frequenz des Taktimpulssignals sich mit der Grosse eines Ausgangssignals des fotoelektrischen Elements (9) zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung ändert, wobei bei ansteigender Objekthelligkeit die Frequenz

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des Taktimpulssignals ansteigt, um ein Kontrastsignal zu liefern, das frei von Änderungen als Folge von Helligkeitsänderungen des Objektes ist und von dem durch eine Bewegung des Objektes erzeugte Komponenten entfernt wurden.

6. Fotassierungsermittlungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass das optische System derart angeordnet ist, dass es am fotoelektrischen Element (9) zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung ein Bild des Objektes liefert, das fehlfokussiert ist.

7. Fokussierungsermittlungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass das optische System eine Diffusorplatte (24) und eine Linse (7) aufweist, welche an einer fotoelektrischen Platte zur Erfassung der Durchschnittsbeleuchtung Strahlen sammeln, die durch die Diffusorplatte zerstreut wurden.

8. Fokussierungsermittlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis I₁ gekennzeichnet durch einen Strom-Spannung-Umsetzer (10), dessen Eingangsklemme mit einer Ausgangsklemme des fotoelektrischen Elements (9) zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung verbunden ist und einen Spannung-Frequenz-Umsetzer (11), dessen Eingangsklemme mit der Ausgangskleinme des Strom-Spannung-ümsetzers (10) verbunden ist, wobei ein Eingang des Taktimpuiserzeugerkreises (12) mit einer Ausgangsklemme des Spannung-Frequenz-Umsetzers

(11) verbunden ist.

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Fokissierungsermittlungseinrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass das optische System einen halbverspiegelten Spiegel (23) aufweist, der einen ersten Teil des Lichts gegen das fotoelektrische Element (9) zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung leitet und einen zweiten Abschnitt des Lichts zum selbstabtastenden fotoelektrischen Element (8), und durch einen Strom-Spannung-Umsetzer (10), dessen Eingangsklemme mit einer Ausgangsklemme des fotoelektrischen Elements (9) zur Ermittlung der Durchschnittsbeleuchtung verbunden ist, sowie einen Spannung-Frequenz-Umsetzer (11), dessen Eingangsklemme mit einer Ausgangsklemme des Strom-Spannung-Umsetzers (10) verbunden ist, wobei eine Eingangsklemme des Taktimpulsgenerators (12) mit einer Ausgangsklemme des Spannung-Frequenz-Umsetzers (11) verbunden ist.

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