DE2551070A1

DE2551070A1 - Verfahren zur ermittlung der schaerfe einer objekt-abbildung

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Publication number: DE2551070A1
Application number: DE19752551070
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Asaeda; Kazuya Hosoe; Tamotsu Shingu; Hideo Yokota
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1974-11-13
Filing date: 1975-11-13
Publication date: 1976-05-26
Also published as: DE2551070B2; JPS5156627A; US4133606A; DE2551070C3

Description

Verfahren zur Ermittlung der Schärfe einer Objekt-Abbildung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung der Schärfe einer Objekt-Abbildung, das insbesondere für die Anwendung bei einer automatischen Scharfstellermittlungseinrichtung eines optischen Systems eines optischen Instruments wie einer Kamera oder dgl. geeignet ist.

Bei einem optischen Instrument, wie beispielsweise einer Kamera, wird beachtlich große Bedeutung auf ein Verfahren zur Ermittlung der Schärfe der mittels des optischen Systems ausgebildeten Objekt-Abbildung gelegt, um die sogenannte aktive automatische Scharfeinstellungeinrichtung verwirklichen zu können, mittels der die Scharfeinstellung des optischen Systems durch photoelektrisches Erfassen der Änderung der Schärfe der mittels des optischen Abbildungssystems ausgebildeten Objekt-Abbildung automatisch ausgeführt wird. Das heißt,, die Scharfeinstellungsgenauigkeit des optischen

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Systems hängt in großem Ausmaß von der Ermittlungsgenauigkeit der Schärfe der Objekt-Abbildung ab. '

Im Zusammenhang mit einer aktiven automatischen Scharfstelleinrichtung für optische Instrumente, wie eine Kamera, wurden bisher, unterschiedliche Verfahrensarten bzw. Einrichtungen zur . Ermittlung der Schärfe der Objekt-Abbildung vorgeschlagen, wobei beispielsweise derartige Verfahren bzw. Einrichtungen in den US-PS 3 511 155 oder US-PS 3 713 371 vorgeschlagen sind, von denen theoretisch angenommen wird, daß sie zum Ermitteln der Schärfe der Abbildung mit relativ hoher Genauigkeit geeignet sind.

Die US-PS 3 511 155 schlägt beispielsweise eine Einrichtung zum Ermitteln der Schärfe der Objekt-Abbildung für eine automatische Scharfstellermittlungseinrichtung für eine Kamera vor, bei der eine photoempfindliche Fläche einer photoleitfähigen Zelle in der planmäßigen Scharfstellebene des optischen Abbildungssystems mittels einer Anzahl von Elektroden in eine Anzahl bandförmiger Teilbereiche mit einer gewissen vorbestimmten Ausrichtung so aufgeteilt ist, daß die Teilbereiche als kleine unabhängige, für Lichtmengen empfindliche Teile ausgebildet sind, um so mit diesen lichtempfindlichen Teilen eine Anzahl von Brückenschaltungen zusammenzustellen, und bei der eine, mit Schlitzen versehene Drehscheibe unmittelbar vor dieser lichtempfindlichen Zelle so vorgesehen ist, daß mittels der Drehung dieser Drehscheibe die Abbildungsebene die durch das genannte optische System ausgebildete Objekt-Abbildung in der gleichen Richtung wie die der bandförmigen Teilbereiche der lichtempfindlichen Fläche der lichtempfindlichen Zelle so abgetastet wird, daß die nicht ausgeglichenen Ausgangssignale der genannten Brückenschaltungen summiert und als Abtast-

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ausgabe der Abbildungsebene'entnommen v/erden, um so die Schärfe der Objekt-Abbildung zu ermitteln.

Des weiteren schlägt die US-PS 3 713 371 eine Scharfstellungermittlungseinrichtung für Kameras vor, bei der eine Anzahl aus jeweils einem. Paar parallel und gegenpolig geschalteter p-n-Sonnenzellen gebildeter kleiner Sensorelemente in einer Ebene so. angeordnet ist, daß sie einen Sensor für räumliche Frequenz bildet, auf dem die Objekt-Abbildung.mittels des optischen Systems ausgebildet wird,, und daß die in Übereinstimmung mit dem Ausmaß der Schärfe der Objekt-Abbildung entstehenden Ausgabeunterschiede zwischen zwei Zellen der Sensor- . elemente zusammengefaßt werden, um so die Schärfe der Objekt-Abbildung zu ermitteln.

Außer den vorgenannten Einrichtungen ist ferner eine weitere Scharfstellermittlungseinrichtung vorgeschlagen, bei der in der Schärfeebene eine Mehrzahl kleiner Teilbereiche mit geeigneter Fläche so angebracht ist, daß das Licht auf den Teilbereichen bei Ausbildung der·Objekt-Abbildung an der Schärfeebene mittels des optischen Abbildungssystems mittels optischer Glasfasern derart zu entsprechenden photoelektrischen Wandlerelementen geführt wird, daß es in elektrische Signale umgewandelt wird, und daß Sätzen für zwei angrenzende Teilbereiche entsprechende Absolutwerte oder Quadratwerte der Aüsgabedifferenzen zwischen Paaren von photoelektrischen Wandlerelementen erhalten und so addiert werden, daß durch Ermittlung des Betrags des addierten Werts das Ausmaß der Schärfe der mittels des vorstehend genannten optischen Systems ausgebildeten Objekt-Abbildung ermittelt wird.

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Beispielsweise wird jedoch im Falle der Einrichtung gemäß der US-PS 3 511 155 die mittels des optischen Abbildungssystems ausgebildete Objekt-Abbildung mit Hilfe einer mechanischen Abtasteinrichtung wie den Schlitzen an der .planmäßigen " Abbildungsposition.auf dynamische Weise abgetastet/ so daß die einem derartigen Verfahren entsprechende automatische Focussiereinstelleinrichtung gemäß der US-PS 3 511 155 kompliziert und groß ist, wodurch noch viele Schwierigkeiten bestehen bleiben, die zu lösen sind, bevor die Einrichtung für kleine optische Instrunente wie Kameras verwendbar ist.

Obgleich sie in ihrem Aufbau und der Funktion unterschiedlich sind, erhalten die Einrichtungen der vorstehend genannten Art, nämlich Einrichtungen zum Ermitteln der Schärfe der Objekt-Abbildung auf photoelektrische Weise zur Ausführung der automatischen Schärfeeinstellung des optischen Systems, die der Schärfe der Objekt-Abbildung entsprechende Informationsausgabe im Prinzip durch Umwandeln der durch den Liphtstrahl von dem Objekt gebildeten Verteilung der Beleuchtungsintensität auf der Objekt-Abbildungsebene in ein elektrisches Signal und durch entsprechendes Verarbeiten des Signals, wobei im Falle der herkömmlichen Einrichr tungen die Signale auf analoge Weise verarbeitet werden, so daß nicht nur die Verarbeitung einer Reihe von Informationen kompliziert ist und nicht schnell ausgeführt werden kann, sondern auch die Ausgangssignale der Schaltungen infolge der Veränderung der Umgebungstemperatur schwanken, was zur Folge hat, daß das Ermittlungsergebnis nicht mit hoher Genauigkeit erreicht werden kann und es

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daher auf unvorteilhafte Weise außerordentlich schwierig ist, immer eine optimale Scharfeinstellung des optischen Systems durchzuführen.

Zur Vermeidung derartiger Schwierigkeiten bei herkömmlichen Einrichtungen wurde ferner eine automatische Scharfstelleinrichtung vorgeschlagen, bei der unter Verwendung einer Grauskalen-Einrichtung die Elemente der durch das optische System ausgebildeten Objekt-Abbildung so gemessen werden, daß die Kontrastinformation der Objekt-Abbildung auf digitale Weise erhalten wird, wobei die dann gemessenen Werte entsprechend einer gewissen vorbestimmten Funktion so verarbeitet v/erden, daß die endgültigen Einstellüngswerte zur Scharfeinsteilung des optischen Systems erzielt werden.

Im Falle eines Verfahrens der Messung des Bildkontrastes mittels der Grauskala ist insbesondere für Bildmuster mit geringem Kontrast die Meßgeriauigkeit so vermindert, daß auf unvorteilhafte Weise zum Zeitpunkt der automatischen Einstellung des optischen Systems eine gewisse bestimmte Grenze für die endgültige Ansprechwirksamkeit besteht.

Andererseits wurde zur Vermeidung dieser Nachteile der vorstehend genannten herkömmlichen Einrichtungen in der DT-OS-P 25 14 230.7 ein Schärf eermitt.lungssystem vorgeschlagen, bei dem mittels eines aus einer Anzahl angeordneter bzw. integrierter kleiner Lichtsensorelemente bestehenden Bildsensors das Bildmuster der mittels des optischen Abbildungssystems ausgebildeten Objekt-Abbildung elektrisch abgetastet und dann die erzielten

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Ausgangssignale der Lichtsehsorelemente in digitale Werte so umgesetzt werden, daß die Schärfeermittlung für die planmäßige Abbildungsebene des vorstehend 'genannten optischen Systems durchgeführt wird. ^: ■ ' -■

Bei einein bevorzugten Ausgangsbeispiel für das Schärfeermittlungssystem gemäß vorstehendem Vorschlag ist ein Bildsensor aus· einer Anzahl angeordneter oder integrierter kleiner Lichtsensorelemente an der Abbildungsposition des optischen Abbildungssystems oder an.einer zu der Abbildungsposition äquivalenten Position so vorgesehen, daß die Ausgangssignale der Lichtsensorelemente des .Bildsensors aufeinanderfolgend in der Reihenfolge ihrer¹ Anordnung in digitale Werte umgesetzt werden, wobei die Absolutwerte der Unterschiede zwischen den digitalen Werten der angrenzenden Lichtsensorelemente aufeinanderfolgend integriert und addiert werden, wodurch die Scharfeinstellung ermittelt wird, wenn die Gesamtsumme der Absolutwerte der Unterschiede der Digitalwerte während .der Bewegung des optischen Systems ein Maximum erreicht. '

Das heißt, daß im Falle des vorgeschlagenen Systems das Ausmaß des Kontrastes der Objekt-Abbildung so bewertet wird,, daß die Schärfe der Objekt-Abbildung durch Addieren der Unterschiede der Kontraste zwischen kleinen Bildelementen (Objekt-Abbildungselemente) in dem Bildmuster der mittels des optischen Abbildungssystems ausgebildeten Objekt-Abbildung über den gesamten Bereich des Bildmusters ermittelt wird.

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Im Falle des vorgeschlagenen Systems, bei dem ein Verfahren verwendet wird, das das Schärfeausmaß der Objekt-Abbildung durch direkte Bewertung der Verteilung der Beleuchtungsintensität auf der Abbildungsebene erfaßt, besteht jedoch eine verfahrensmäßige Schwierigkeit darin, wie die in· digitale Werte umgesetzten Ausgängssignale der Lichtsensorelemente zu bewerten sind, was zur Folge hat, daß eine Grenze für die endgültige Ermittlungsgenauigkeit des Systems besteht, während zugleich eine.Grenze für die Bildmuster besteht, auf die das System wirksam anspricht, wobei insbesondere für Bildmuster mit geringem Kontrast das Ansprechen derart vermindert ist, daß auf unvorteilhafte Weise das. System nicht immer als automatisches Scharfstellermittlungssystem für optische Instrumente,wie Kameras, verwendet werden kann. '

Aufgabe der Erfindung ist es-, ein Verfahren zur Ermittlung der Schärfe der Objekt-Abbildung zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile der vorgeschlagenen Schärfeermittlungssysteme vermieden sind. . . ·

Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß als Grundprinzip für die Ermittlung die Tatsache benützt, daß das Ausmaß der Schärfe der Objekt-Abbildung dem Ausmaß der Komponente einer bestimmten festgelegten Frequenz in dem Spektrum räumlicher Frequenzen des die Objekt-Abbildung bildenden Bildlichtstrahls entspricht.

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Ferner soll erfindungsgemäß ein Verfahren zur Ermittlung der Schärfe der Objekt-Abbildung geschaffen werden, bei.dem die in Übereinstimmung mit einer Bewertungsfunktion für die Bewertung des Ausmaßes der Komponente der.bestimmten Frequenz. in dem Spektrum der räumlichen Frequenzen des die Objekt-Abbildung bildenden Bildllch'tstrahls in digitale Werte umgesetzten Abtastausgangs signale so verarbeitet werden, daß das Ausmaß der Komponente der genannten bestimmten Frequenz ermittelt wird. '

Zu diesem Zweck ist bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung ein kleiner elektronischer Rechner vorgesehen, welcher die in digitale Werte umgesetzten genannten Abtastsignale verarbeitet, wobei eine Bewertungsfunktion für die Bewertung des Ausmaßes der Komponente der bestimmten Frequenz in dem Spektrum der räumlichen Frequenzen in dem die Objekt-Abbildung bildenden Bildlichtbündel in diesem kleinen elektronischen Rechner im voraus einpro- ■ grammiert ist. Wenn dieser kleine elektronische Rechner mit den in digitale Werte umgesetzten Abtastausgangssignale gespeist wird, führt er die Rechenoperation entsprechend der im voraus einprogrammierten Funktion so aus, daß das Ausmaß der Komponente der bestimmten Frequenz bewertet wird.

Gemäß einem bevorzugt gewählten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Anwendung der Fouriertransformations-Funktion als Bewertungsfunktion vorgeschlagen. Die Fouriertransformations-Funktion stellt nämlich das Spektrum der räumlichen Frequenzen des die Objekt-Abbildung bildenden Bildlichtbündels dar, wobei

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bei geringer Schärfe der Objekt-Abbildung das elektrische Signal aus d6n photoelektrischen Ausgangssignalen der Lichtsensorelemente in dem Bildsensor weder viel höhere harmonische Komponenten noch plötzliche Änderungen enthält, so daß das Spektrum höherer Harmonischer in der Fouriertransformation klein wird. Wenn andererseits die Schärfe der Objekt-Abbildung groß ist, enthält das elektrische Signal aus den Ausgangssignalen der Lichtsensorelemente so viele höhere harmonische Komponenten und plötzliche Wechsel, daß das Spektrum der höheren Harmonischen in der Fouriertransformation groß wird. Wenn folglich die Größe des Spektrums bei einer bestimmten besonderen Frequenz in Betracht gezogen wird, ist die Schärfe · der Objekt-Abbildung um so größer, je größer die Größe des Spektrums ist.

Wenn auf diese Weise die Äbtastausgangssignale durch den Bildsensor mittels eines kleinen elektronischen Rechners entsprechend der Fouriertransformations-Funktion verarbeitet werden, kann das Ausgangssignal dieses kleinen elektronischen Rechners als der der Schärfe der Objekt-Abbildung entsprechenden Wert angenommen werden.

Bei einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung wird die Verwendung der Walsh-Hadamard-Transformations-Funktion als Bewertungsfunktion vorgeschlagen. Auf gleiche. Weise wie die Fourier-Transformations-Funktion ist die" Walsh-Hadamard-Transformations-Funktion dazu geeignet, das Spektrum der räumlichen Frequenzen

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des die Objekt-Abbildung bildenden Bildlichtbündels darzustellen, wobei unter Betrachtung des Spektrums'einer bestimmten besonderen Frequenz auf· die gleiche Weise wie bei dem Spektrum der Fourier-Transformation bei höherer Schärfe der Objekt-Abbildung das Ausmaß dieses Spektrums größer ist. Folglich ist es mittels der Walsh-Hadamard-Transformations-Funktion möglich/ die Schärfe der Objekts-Abbildung auf.die gleiche Weise zu ermitteln wie mit Hilfe der Fourier-Transformations-Funktion.

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll eine Schärfeermittlungseinrichtung oder eine automatische Scharf- stelleinrichtung geschaffen werden, die für optische Instrumente, wie Kameras, geeignet ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des grundsätzlichen Aufbaus des Objekt-Schärfeermittlungssystems zur Durchführung des •erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figuen 2A - 2D zeigen jeweils den konkreten Aufbau des für die Erfindung geeigneten Bildsensors 2, wobei

Fig. 2A eine Ausfuhrungsform des flächenförmigen Bildsensors zeigt, der aus einer Anzahl lichtempfindlicher Elemente besteht, die eine kleine Fläche darstellen und die in Form· einer Matrix angeordnet sind, .

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Fig. 2B eine Ausführungsform des zellenförmigen Bildsensors zeigt, der aus Photowiderstandselementen als lichtempfindliche Elemente besteht,

Fig. 2C eine Ausführungsform des zellenförmigen Bildsensors zeigt, der aus Photodioden als lichtempfindliche Elemente besteht,

Fig. 2D eine Ausführungsform des zellenförmigen Lichtsensors zeigt, der aus Sperrschichtzellen als lichtempfindliche Elemente besteht.

Figuren 3A --3C zeigen jeweils ein Blockschaltbild des Aufbaus der in Fig. 1 gezeigten Signalzeitfolgeeinrichtung 4, wobei . .

. Fig. 3A ein Ausführungsbeispiel des grundsätzlichen Aufbaus der für die Erfindung geeigneten Zeitfolgeeinrichtung,

Fig. 3B eine Ausführungsform der für den in Fig. 2A gezeigten flächenförmigen Bildsensor 202 geeigneten Zeitfolgeeinrichtung und

Fig. 3C eine Ausführungsform der für die in den Figuren 2B - 2D gezeigten zellenförmigen Bildsensoren 204, 206 und und insbesondere für den in Fig. 2C gezeigten zellenförmigen Bildsensor 206 geeigneten Zeitfolgeeinrichtung zeigt.

Fig, 4 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Spektralverteilung der räumlichen Frequenz des

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die Objekt-Abbildung bildenden Bildlichtbündels.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Veränderung des bewerteten Werts SKo einer besonderen Frequenz Ko in der Spektralverteilung, der vorstehend genannten Frequenz · als Folge der Parallelverschiebung des optischen Systems

Fig. 6 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Sinusfunktion und der Walsh-Funktion.

Fig. 7 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung des grundsätzlichen Aufbays und die Signal-Sende- und Empfangs-Beziehung eines jeden Teils in dem Fall, daß der in Fig. 2A gezeigte flächenförmige Bildsensor 202 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird.

Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung des Inhalts und der Entwicklung der Rechenoperation mittels des in Fig. 7 gezeigten Rechners 10 im Falle der Verwendung der Fourier-Transformations-Funktion als Funktion zur Bewertung der Spektralverteilung der räumlichen Frequenz des die vorstehend genannte Objekt-Abbildung bildenden Bildlichtbündels.

Fig. 9 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung des Inhalts und der Entwicklung der Rechenoperation· mittels des in Fig. 7 gezeigten Rechners 10 im Falle einer Verwendung der Walsh-Hadamard-Transformations-Funktion als Funktion für die Bewertung der Spektralverteilung der räumlichen Frequenz des die vorstehend ge-

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nannte Objekt-Abbildung bildenden Bildlichtbündels.

Fig. IO zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus der wesentlichen Teile in dem Fall, daß ein automatisches ScharfStellsystem für das optische Abbildungssystem L mit dem in den Figuren 7-9 gezeigten Obj ekt-AbbiIdungs-Schärfeermittlungs systern aufgebaut i st.

Zuerst wird das Objekt-Abbildungs-Schärfeermittlungsverfahren wie folgt erläutert:

(1) Die mittels eines optischen Abbildungssystems ausgebildete Objekt-Abbildung wird von dem Bildsensor aufgenommen, der aus einer Anzahl auf einer Ebene angeordneter oder integrierter kleiner lichtempfindlichen Elemente besteht, wobei die Ausgangssignale der lichtempfindlichen Elemente mit Hilfe der Signal-Zeitfolgeeinrichtung nacheinander derart abgegeben werden, daß die Objekt-Abbildung auf elektrische Weise abgetastet wird.

(2) Die dann erhaltenen Abtastausgangssignale der Objekt-Abbildung werden mittels einer Analog-Digital- oder A-D-Umsetzeinrichtung (Analog-Digital-Umsetzer) nacheinander in digitale Signale umgesetzt.

(3) Die digitalen- Signale werden in den kleinen elektronischen Rechner eingegeben, in den im voraus eine Bewertungsfunktion zum Bewerten des Betrags einer bestimmten Frequenzkömponente in · dem Spektrum der räumlichen Frequenz des die Objekt-Abbildung

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bildenden Bildlichtbündels·, so programmiert ist/ daß das
Ausmaß der. genannten bestimmten Frequenzkomponente durch
Rechenoperation bewertet wird. .

(4) Die Schärfe der mittels des optischen'Systems ausgebildeten Abbildung wird mit Hilfe eines Endausgangssignals des elektronischen Rechners bewertet.

Die Fig. 1 zeigt den Grundzwischenaufbau einer Ausführungsform des Systems zur Weiterführung des vorstehend genannten
Verfahrens. ' ' ·

In der Zeichnung ist OB das Objekt, dessen Schärfe zu
ermitteln ist. L ist das optische Abbildungssystem, das entlang einer optischen Achse . . O bewegbar angebracht ist, um so die Abbildung des Objekts an einer bestimmten festgelegten Stelle auszubilden.

Ein Bildsensor 2 besteht aus. einer Anzahl kleiner und .
unabhängiger lichtempfindlicher Elemente, die auf einer Ebene angeordnet oder integriert sind, und ist in der Stellung an-' geordnet, in der oder in deren Nähe die Abbildung auszubilden ist. Ein Ausführungsbeispiel des konkreten Aufbaus des BiIdsensors 2 wird später im Zusammenhang mit.den Figuren 2A - 2D erläutert.

P₀ 4 ist die Signal-Zeitfolgeeinrichtung zum Bilden einer
o Zeitfolge der lichtelektrischen Ausgangssignale der Elemente

"""* in dem Bildsensor 2 durch aufeinanderfolgendes Abgeben der lichtelektrischen Ausgangssignale der Elemente in Übereinstimmung mit

der Anordnungsreihenfolge der Elemente auf die Weise, daß das Objekt OB, dessen-Abbildung mittels des optischen Systems L ausgebildet ist, mit Hilfe der Funktion der Zeitfolgeeinrichtung 4 abgetastet wird. (Ein Ausführungsbeispiei des-Auf baus der Zeitfolgeeinrichtung 4 wird später im Zusammenhang mit den Figuren 3A - 3C erläutert). Dabei wird die Funktion der Zeitfolgeeinrichtung' 4 mittels eines Steuersignals gesteuert, das von einem später erläuterten Rechner 10 erzeugt wird,

6 ist ein an den Ausgangsanschluß des Bildsensors 2 angeschlossener Verstärker zum Verstärken der mit Hilfe der Zeitfolgeeinrichtung 4 aufeinanderfolgend von den Elementen in dem Bildsensor 2 abgegebenen lichtelektrischen Ausgangssignale. Dieser Verstärker 6 soll die lichtelektrischen Ausgangssignale ■ auf einen geeigneten Pegel verstärken, da diese sehr schwach sind, weil die Beleuchtungsintensität auf der lichtempfindlichen Ebene des Bildsensors 2 so gering wie beispielsweise 10 Lux oder weniger ist. '

8 ist ein A-D- (Analog-Digital) Umsetzer zum Umsetzen der mittels des Verstärkers 6 verstärkten Ausgangssignale der Elemente in digitale Werte, wobei ein herkömmlicher A-D-Umsetzer verwendet werden kann, so daß eine nähere Erläuterung weggelassen wird. Dabei wird die Funktion des Umsetzers 8 durch ein von dem später beschriebenen Rechner erzeugtes Steuersignal gesteuert. 10 ist der kleine Rechner, der so programmiert ist, daß er die mittels

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des A-D-Umsetzers 8 in digitale Werte umgesetzten Ausgangssignale der Elementes in Übereinstimmung mit einer bestimmten festgelegten Funktion zum Ermitteln der Schärfe einer Abbildung bearbeitet, wobei in dem Rechner 10 ein Programm Q der . · Bewertungsfunktion für die Bewertung'der Spektralverteilung der räumlichen Frequenz des Bildliehtbündels zur Ausbildung der Abbildung des Objekts eingestellt-ist. (Die Bewertungs-. funktion wird später im einzelnen erläutert.)« 12 ist ein D-A- . (Digital-Analog). Umsetzer zum Umsetzen des endgültigen Rechenausgangssignals des Rechners 10, das zum Erleichtern des Verfahrens ■ dient, weil das endgültige Rechenausgangssignal ein digitales Signal ist. 14 ist eine Meßwerk-Steuerschaltung zur Ansteuerung eines Meßwerks 16 für die Anzeige der Abbildungsschärfe gemäß dem mittels des D-A-Umsetzers 12 in ein analoges Signal umgesetzten endgültigen Rechenausgangssignal des Rechners 10.

Der Aufbau des Bildsensors 2 und der Signal-Zeitfolgeeinrichtung 4 wird anhand Figuren 2A - 2D und 3A - 3C erläutert.

Die Figuren 2A - 2D zeigen jeweils ein konkretes Ausführungsbeispiel des Bildsensors 2. Die Fig. 2A zeigt einen flächenförmigen Bildsensor 202, der- aus einer Anzahl kleiner und einzelner, bzw.. unabhängiger lichtempfindlichex'Elemente- PS besteht, die auf einer Ebene in Form einer Matrix angeordnet sind, wobei die

_OJ, Elemente PS jeweils an die Kreuzungspunkte einer bestimmten festes ■"

to gelegten Anzahl von Leitern Xc, die Tx Anschlüsse bilden und X-öo

is»Achsen bestimmen,mit einer bestimmten festgelegten-Anzahl von rs>

"^ Leitern Yc angeschlossen sind, die Ty Anschlüsse bilden und Y-

_^ Achsen bestimmen,wobei die Elemente PS gleichzeitig gemeinsam an

den Ausgangsanschluß To angeschlossen sind. Wenn ein·gewünschter

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Anschluß aus der Mehrzahl der Anschlüsse T^ und ein gewünschter Anschluß aus der Mehrzahl der Anschlüsse Ty gleichzeitig " angewählt sind, wird auf diese Weise das lichtelektrische Ausgangssignal nur des einen an die Anschlüsse angeschlossene¹¹ lichtempfindlichen Elements PS an den- Ausgangsanschluß To erzeugt. Die Figuren 2B - 2D zeigen jeweils einen Zeilen-Bildsensor, der so ausgebildet ist, daß er aus einer Anzahl kleiner und einzelner lichtempfindlicher Elemente besteht, die in einer Ebene angeordnet sind, wobei die einen Anschlüsse eines jeden

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Elements' gemeinschaftlich so an den Ausgangsanschluß To angeschlossen sind, daß beim Anwählen des jeweiligen anderen Anschlusses TI.das lichtelektrische Ausgangssignal des an den angewählten Anschluß:angeschlossenen Elements an dem Ausgangsanschluß To erzeugt wird. Die Fig. 2B zeigt einen zellenförmigen, bzw. Zeilen-Bildsensor 204, bei dem als lichtempfindliche Elemente photoleitfähige bzw. Photowider standselemen'te PC verwendet werden; die Fig. 2C zeigt einen Zeilen-Bildsensor .206, bei dem als lichtempfindliche Elemente Photodioden PD verwendet werden, und die Fig. 2D zeigt einen Zeilen-Bildsensor 208, bei dem als lichtempfindliche Elemente Sperrschichtelemente PV verwendet werden. Für den vorstehend genannten Bildsensor 2 können nämlich herkömmliche Photodiodenanordnungen (MOS-Bildsensor),. ladungsgekoppelte Vorrichtungen (CCD,Charge Coupled Device) usw. verwendet werden.

Die Figuren 3A - 3C zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel der Zeitfolgeeinrichtung 4. Die Fig. 3A zeigt einen grundsätzlichen Aufbau.der für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Zeitfolgeeinrichtung 4, wobei 18 ein Taktimpulsgenerator zur

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Erzeugung von Taktimpulsen mit einer bestimmten festgelegten Frequenz ist, dessen Funktion mit Hilfe eines durch den Rechner IO erzeugten Steuersignals gesteuert wird. Ein Ringzähler 20 zählt die von dem Taktimpulsgenerator 18 erzeugten Impulse, um so Abtastimpulse au erzuegsn, die zur Bildung einer Zeitfolge der lichtelektrischen Ausgangssignale der Elemente in dem. Bildsensor 2 geeignet sind. 2.2 ist eine Schaltvorrichtung bzw. ein Treiber zum aufeinanderfolgenden Wechseln des Anwählzustands der Elemente in' dem Bildsensor in Übereinstimmung mit den durch den Ringzähler 20 erzeugten Abtastimpulsen. Wenn bei. dem genannten Aufbau von dem Taktimpulsgenerator 18 im Ansprechen auf das von dem Rechner 10 erzeugte Steuersignal Taktimpulse erzeugt werden, werden die Ausgangssignale der Elemente in dem Bildsensor 2 nacheinander entsprechend der Zeitsteuerung der Taktimpulse mit Hilfe der Funktion des Ringzählers 20 und des Taktimpülsgenerators 18 aus dem Ausgangsanschluß To ausgegeben, so daß .eine zeitliche Reihenfolge der Elemente entsteht.

Die Fig. 3B zeigt einen konkreten Aufbau der für den in Fig. 2A gezeigten flächenförmigen oder Flächen-Bildsensor geeigneten Zeitfolgeeinrichtung.'

In der Fig. 3B ist 24 ein X-Adressier-Zähler mit einer bestimmten Anzahl von Binärstellen, der auf" ein von dem Rechner 10 erzeugtes Vorwärtszielsignal anspricht.

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26 ist ein an den X-Adressier-Zähler 24 angeschlossener X-Adre.s.s.ier-Decodierer, der m . X-Achson X₁, X₂, ... X_n abgibt, die mit Hilfe des Zählsignals von dem X-Adressier-Zähler 24 aufeinanderfolgend umgeschaltet, werden. Wenn dabei.der X-Adressier-Zähler 24 gemäß der Darstellung in der Zeichnung ein Zähler mit 5 'Binärstellen bzw. Bits ist, kann unter Einschluß eines Rücksetzzustands des Zählers m.wie folgt gewählt werden: "

28 ist ein Y-Adressier-Zähler mit !..einer bestimmten Anzahl von Binär s teilen, der auf -ein übertrags,signal anspricht, das von dem X-Adressier-Zähler 24:erzeugt wird, wenn dieser bis m vorwärts gezählt hat, während 30 ein an den Y-Adressier- Zähler 28 angeschlossener Y-Adressier-Decodierer ist, der ZY-Achsen Y₁^Y₂ -*· ^Yl abgibt, die mittels.des..Zählsignals von dem Y-Adressier-Zähler.28 aufeinanderfolgend umgeschaltet werden. Wenn dabei der Y-Adressier—Zähler 28 gemäß der Darstellung in der Zeichnung ein Zähler mit .4 Binärstellen ist, kann Ji unter Einschluß des Rücksetzzustands des Zählers wie folgt gewählt werdeni

I = 2⁴ + 1 = 17.

Die lichtempfindlichen Elemente PC in dem Bildsensor 202 sind jeweils an den η (= m χ Z) Kreuzpunkten der X-Achsen mit den Y-Achsen der beiden Adressier-Decodierer 26 und 3O angeordnet. Wenn daher der X-Adressier-Zähler 24 durch einen Zähler mit 5 Binärstellen und der Y-Adressier-Zähler 28 durch einen Zäh-

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ler mit 4 Binärstellen gebildet ist, kann der Bildsensor 202 unter Einschluß der Rücksetzzustände der beiden Adressier-Zähler 24 und 21,- η = (2⁵+l) + (2⁴+l) = 561 lichtempfindliche Elemente PS auf v/eis en. .

Nachstehend wird die Wirkungsweise der gemäß der vorstehenden Beschreibung aufgebauten Zeitfolgeeihrichtung 4 erläutert.

Wenn der in. der Zeichnung_f?nicht dargestellte Stromversorgungsschalter für das Betreiben des gesamten System geschlossen wird, wird von dem Rechner 10 in beide Adressier-Zähler 24 und 28 ein Signal als Rücksetzsignal eingegeben, um so diese Adressier-Zähler 24 und 2 8 zurückzusetzen. Bei diesem Zustand werden nur die Y,-Achse in dem Y-Adressier-Decodierer 30 und nur die X,-Achse in dem X~Adressier-Decodierer 26 in den Einschaltzustand gebracht. Daher wird nur das lichtelektrische Ausgangssignal des Elements PS. an den Koordinaten (X,, Y,) in' dem Bildsensor 202 aus dem Ausgangsanschluß To abgegeben. Wenn von dem Rechner 10 das Vorwärtszahlsignal erzeugt wird und der X-Adressier-.Zähler 24 auf dieses Signal anspricht, dann wird mit Hilfe des Zählsignals von. dem Adressier-Zähler 24 in dem X-Adressier-Decodierer 26 die X₁-AChSe aus dem Einschaltzustand in den Ausschaltzustand und die X.-Achse aus dem Ausschaltzustand in den Einschaltzustand gebracht, so daß das Ausgangssignal des Elements PS- an den Koordinaten (X2, Υ,) aus dem Ausgangsanschluß To abgegeben wird. Wenn die X-Achsen des. Y-Adressier-Decodierers 26 aufeinanderfolgend umgeschaltet werden, bis das Ausgangssignal des Elements PS an den Koordinaten (X , Y.) abgegeben wird, und von dem Rechner

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das Vorwärt s zähl signal abgegeben wird, so gibt der X-Adressier-Zähler 24 an dan Y-Adressier-Zähler 28 ein tfbertragssignal .ab. · Wenn der Y-Adressier-Zähler 28 auf dieses Übertragssignal anspricht, wird mittels des Zählsignals von dem Y-Adressier-Zähler 28 in dem Y-Adressier-Decodierer' 30. die Y₁-Achse aus dem Einschaltzustand in den Ausschaltzustand und die Y^-Achse aus dem Ausschaltzustand in den Einschaltzustand gebracht» Andererseits wird in dem X-Adressier-Decodierer 26 mittels des Zählsignals des X-Adressier-Zählers 24 die X-Achse aus den Einschaltzustand in den Ausschaltzustand und die X.-Achse aus dem Ausschaltzustand in den Einschaltzustand gebracht. Auf diese Weise wird das Ausgangssignal des Elements PS ₊ £ an den Koordinaten (X,, Yj) an dem Ausgangsanschluß To ausgegeben.

Entsprechend dem auf diese Weise vorgenommenen aufeinanderfolgenden Umschalten der X-Achsen und Y-Achsen der beiden Adressier-Decodierer 26 und 30 werden die Ausgangssignale der η lichtempfindlichen Elemente PS von dem Element PS an den Koordinaten (X₁, Y.) bis zu dem Element PS an den Koordinaten (X_m, Y^) selektiv ausgegeben. Wenn das Ausgangssignal des letzten Elements PS_n ausgegeben ist, gibt der Rechner 10 an beide Adressier-Zähler 24 und 28 das Rücksetzsignal ab, um sb die beiden Adressier-Zähler 24 und 28 auf die Weise zurückzusetzen, daß die Abgabe des Ausgangssignals von dem Element PS, an begonnen wird.

Die Fig. 3C zeigt einen konkreten Aufbau der für die in den Figuren 2B - 2D gezeigten Zeilen-Bildsensoren 204, 206 und 208 geeigneten Zeitfolgeeinrichtung. Dabei ist die Einrichtung in dem Fall dargestellt, daß sie für den in Fig. 2C gezeigten BiId-

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sensor 206 verwendet wird. In der Pig. 3C ist 32 ein Ädressier-Zähler, der auf das von dem Rechner 10 erzeugte Vorwärtszählsignal anspricht, während 34 ein-an den Ädressier-Zähler 32 angeschlossener Adressier-Dacodierer mit η Achsen. A, , A₀, ..... h ist, die nacheinander mit Hilfe des Zählsignals von dem Ädressier-Zähler 32 umgeschaltet werden, wobei die Wählanschlüsse T₃. von ri Photo-. dioden PD in dem'Bildsensor 206 an die Achsen A., A₂ A angeschlossen sind. ·

Wenn der Ädressier-Zähler 32 gemäß der Darstellung in der Zeichnung ein Zähler mit 6 Binärstellen ist, wird η unter Einschluß-des Rücksetzzustands des-Zählers, zu

η = 2⁶ + 1 = 65. .

Das heißt, der Bildsensor 206 kann maximal -65 Photodioden PD aufweisen. Wenn bei dem genannten Aufbau bei dem genannten Betriebsbeginn des Systems in den Ädressier-Zähler 32 das Rücksetzsignal eingegeben wird, v/ird der Adressier-Zähler zurückgesetzt, wobei lediglich die erste Achse A. in dem Adressier-Decodierer 34 auf die Weise in den Einschaltzustand gebracht wird, daß das Ausgangssignal· der an die Achse A. angeschlossenen ersten Photodiode PD, in dem dem Ausgangsanschluß To ausgegeben wird.

schlossenen ersten Photodiode PD, in dem Bildsensor 206 aus

Wenn dann der Adressier-Zähler 32 auf das von dem Rechner 10 erzeugte Vorwärtszählsignal anspricht, wird in dem Adressier-Decodierer 34 mittels des Zählsignals des Adressierzählers 32 die erste Achse A₁ aus dem Einschaltzustand in den

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Ausschaltzustand und die zweite Achse A_ aus den Ausschaltzustand in den Einschaltzustand gebrac- ~ Jas Ausgangssignal der an die zweite Achse A_ angeschlossenen. zweiten Photodiode PD~ aus dem Ausgangsanschluß To ausgegeben. Entsprechend dem auf diese Weise vorgenommenen auf- " einanderfolgenden umschalten der Achsen A₁, Aj ..... A_n des Adressier-Decodierers 34 werden die Ausgangssignale der Photo dioden PD von der ersten Photodiode PD, an bis zu der n-ten Photodiode PD selektiv ausgegeben.

Wenn das Ausgangssignal- der η-ten Photodiode PD ausgegeben worden ist/ gibt der Rechner 10 das Rücksetzsignal anden Adressier-Zähler 32 ab, um diesen Adressier-Zähler 32 so zurückzusetzen, daß vom Anfang an die Ausgabe des Ausgangssignals der ersten Photodiode PD. beginnt.

Nachstehend wird die Wirkungsweise des in Fig. 1 gezeigten Systems erläutert, wobei die im Zusammenhang mit den Figuren 2A - 2D und 3A - 3C vorgenommenen Erläuterungen in Betracht gezogen werden. Wenn der in der Zeichnung nicht dargestellte Stromversorgungsschalter zur Inbetriebnahme des Systems bei dem Scharfstellzustand des Objekts mittels des optischen Abbildungssystems L geschlossen wird, wird von dem Rechner ein Signal als Rücksetzsignal in die Zeitfolgeschaltung 4 eingegeben, um diese auf die Weise zurückzusetzen, daß entsprechend der Erläuterung im Zusammenhang mit den Figuren 3B und 3C das lichtelektrische Ausgangssignal des ersten Elements in dem Bildsensor 2 ausgegeben, mittels des Verstärkers 6 auf einen bestimmten festgelegten Pegel verstärkt und dann in den A-D-Umsetzer 8 eingegeben wird, so daß es in ei-

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BAD ORIGINAL

nen digitalen Wert umgesetzt wird. Wenn die digitale Umsetzung mittels des A-D-Umsetzers 8 beendet ist, wird die durch den A-D-Umsetzer 8. festgehaltene digitale Information in den Rechner 10 eingegeben,- um so die Rechenoperation in Übereinstimmung mit einer mittels des Programms Q eingestellten bestimmten festgelegten Bewertungsfunktion zu beginnen, wobei gleichzeitig das Vorwärtszählsignal an die Zeitfolgeeinrichtung 4 und den A-D-Umsetzer 8.ausgegeben wird.

Damit wird der A-D-Umsetzer 8 in den Zustand für die digitale Umsetzung eines neuen Analogsignals rückgesetzt, während sich die Zeitfolgeeinrichtung 4 im Ansprechen auf das Vorwärtszählcigna! in einer Stellung zur Abgabe des Ausgangssignals des zweiten Elements in dem Bildsensor 2 befindet. Das mittels der Zeitfolgeeinrichtung 4 ausgegebene Ausgangssignal des zweiten Elements wird auf die gleiche Weise wie im Falle des ersten Elements durch den Verstärker 6 verstärkt und dann in einen digitalen Wert umgesetzt.

In der Zwischenzeit führt der Rechner eine bestimmte festgelegte Rechenoperation an dem Ausgangssignal des ersten Elements durch. Sobald der Rechner 10 die Verarbeitung des Ausgangssignals aus dem ersten Element abschließt, wird die in dem A-D-Umsetzer 8 gespeicherte digitale Information über das Ausgangssignal des zweiten Elements in den Rechner eingegeben, der auf die gleiche Weise wie im Falle des Ausgangssignals des ersten Elements die Rechenoperation beginnt, wobei er zur gleichen Zeit das Vorwärtszählsignal an die Zeitfolgeeinrichtung 4 und den A-D-Umsetzer 8 abgibt.

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Wenn unter Wiederholung dieses vorstehend genannten Vorgangs die Abtastung der Bildebene der Objekt-Abbildung und die festgelegte.Rechenoperation für alle Elemente in dem Bildsensor 2 abgeschlossen sind, führt der Rechner 10 weiterhin den vorbestimmten Rechenvorgang in Übereinstimmung ηit dem Programm Q aus,- . um so die Spektralverteilung der räumlichen Funktion bzv/. Frequenz des die Objekt-Abbildung bildenden Bildlichtbündels in Übereinstimmung mit den Ausgangssignalen aller dieser Elemente zu erhalten. Nach der Beendigung dieses Rechenvorgangs wird in Übereinstimmung mit dem Programm Q die endgültige Berechnungsinformation in den D-AUmsetzer 12 eingegeben.

Der D-A-Umsetzer 12 setzt das als endgültige Operationsausgabe des Rechners 10 erscheinende digitale Signal in ein analoges Signal um, das in die Meßwerk-Steuerschaltung 14 eingegeben wird. Entsprechend dem Ausgangssignal aus dem D-A-Umsetzer 12 steuert die Meßwerk-Steuerschaltung 14 das Meßwerk so, daß die Schärfe der bestehenden Objekt-Abbildung richtig angezeigt wird.

Entsprechend der in Fig. 1 gezeigten Bewegung des optischen Systems L in Richtung des Pfeils in der Zeichnung von der dem unendlichen Abstand entsprechenden Stellung weg wird die Abtastung von unterschiedlichen Abbildungsebenen der Objekt-Abbildung in der planmäßigen Abbildungsebene des optischen Systems L durchgeführt, wobei bei jedem Abtasten die Information über die Schärfe des Objekts OB in der planmäßigen Abbildungsebene schließlich mittels des Meßwerks 16 angezeigt wird.

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Wenn daher unter Bewegung des optischen Systems L die Stellung erreicht wird, bei der das Meßwerk 16 die maximale Schärfe anzeigt, und das optische System L in der erreichten Stellung festgelegt wird, ist die Schärfe der Objekt-Abbildung in der dann bestehenden planmäßigen Abbildungsebene maximal, was bedeutet, daß das Objekt OB mittels des optischen Systems L richtig scharf eingestellt ist.

Nachstehend wird das in dem Rechner 10 eingestellte Funktions-Programm Q erläutert. .·

Gemäß vorstehender Erläuterung gründet das Verfahren auf der Theorie, daß das Ausmaß der Schärfe der Abbildung dem Betrag einer bestimmten vorgeschriebenen Frequenzkomponente entspricht, wenn die vorgeschriebene Frequenz in dem Spketrum der räumlichen Frequenzen des die Objekt-Abbildung bildenden Bildlichtbündels ermittelt wird, wobei die Beziehung zwischen der Spektralverteilung der räumlichen Frequenzen in dem Abbildungslichtbündel und der Schärfe der Objekt-Abbildung schematisch in Fig. 4 gezeigt ist.

In Fig. 4 stellt die Abszisse die räumlche Frequenz.K des die Objekt-Abbildung bildenden Bildlichtbündels dar, während die Ordinate den mittels der in dem Rechner 10 einprogrammierten Bewertungsfunktion errechneten Wert SK darstellt.

Die Spektralverteilung der räumlichen Frequenz des Abbildungslichtbündels im Falle der richtigen Scharfeinstellung des Objekts OB mittels des optischen Systems L und im Falle der

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nicht richtigen Scharfeinstellung des Objekts OB sind in Fig. 4 durch die Kurven I bzw. II dargestellt.

Das heißt, im Falle der richtigen Scharfeinstellung des Objekts OB mittels des optischen Systems L ist die Schärfe der Objekt-Abbildung in der planmäßigen Abbildungsebene des optischen Systems hoch, so daß die höhere harmonische Komponente in dem Spektrum der räumlichen Frequenz erhöht ist, was die durch I gezeigte Verteilung ergibt, während im Falle der nicht richtigen Scharfeinstellung des Objekts OB mittels des optischen Systems Ii die Schärfe der Objekt-Abbildung in der planmäßigen- Abbildungsebene des optischen Systems gering ist, so daß die höhere harmonische Komponente in dem Spektrum der räumlichen Frequenz vermindert ist, was die durch II dargestellte Verteilung ergibt.

Wenn die errechneten Werte SKo einer vorgeschriebenen Frequenz Ko für die Verteilungskurven I und II erhalten werden, ist es gemäß der Darstellung in Fig.. 4 offensichtlich, daß SKo (I) größer als SKo (II) ist (SKo (I)> SKo (II)), woraus verständlich ist, daß.entsprechend dem Ansteigen der Schärfe der Abbildung in der planmäßigen Abbildungsebene des optischen Systems L die Komponente der vorgeschriebenen Frequenz Ko in der Spektralverteilung der genannten räumlichen Frequenz vergrößert ist. Die Veränderung von SKo während der Bewegung des optischen Systems L entspricht zeitlich der Darstellung in Fig.5.

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Als zur Erfassung der Spektralverteilung der räumlichen Frequenz des Abbildungslichtbündels geeignete Funktionen können beispielsweise die Fouriertransformations-Funktion oder die Walsh-Hadamard-Funktion angeführt werden, die nachstehend erläutert werden. · .

Wenn die digitalen Umsetzwerte der lichtelektrischen Ausgangssignale der lichtempfindlichen Elemente in dem Bildsensor 2 gleich Pj sind (j = 1, 2, .... ri, wobei η die gesamte Anzahl der lichtempfindlichen Elemente in dem Bildsensor 2 ist), so ist der Fourierumsetzungswert Fk gegeben durch

j η

Fk = Σ Pj-exp C- i } / Σ Pj

j η j=l

η 2-rrjk η . 2irjk ⁿ =< Σ Pj- cos ^: . + i IPj -sin > / Σ Pj .... (i)

j=i ⁿ j=i ⁿ d-i

Dabei wird der Absolutwert I FkI von Fk wie folgt errechnet

η. 2vjk ₀ ■ η 2ttJK

(Σ Pj-cos ) + (.L Pj-sin

j=l n J=I

fk| = ^; ;—^s

χ* ί J

Wenn daher die Frequenz der zu bewertenden Frequenzkomponente in der Spektralverteilung der räumlichen Frequenz im voraus als Ko bestimmt" 1st, /genügt es zum Ermitteln der Schärfe

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der Objekt-Abbildung^ den Wert Fko gemäß folgender Glei chung zu erhalten:

ι-,-i Π.

Der absolute Wert(Hkfdes Walsh-Hadamard-Urnsetzungswerts Hk ist auf die gleiche Weise durch die folgende Gleichung dargestellt:

HK

^y/ {2 Pj-VcCK, j)} ² 4- {Σ Pj -'WjS (R, j))

—äsl isl

η
Σ Pj

Dabai stellen Wc (k, j) (und Wc (K, j)) die Walsh-Hadamaru-Funktion dar, deren Beziehung zu der Sinusfunktion in Fig. 6 dargestellt ist.

Wenn daher die Frequenz der zu bewertenden Frequenzkomponente in der Spektralverteilung der räumlichen Frequenz im voraus mit Ko bestimmt ist, ist es für die Ermittlung der Schärfe der Objekt-Abbildung ausreichend, den Wert Hko aus folgender Gleichung zu erhalten:

² + i EPj «Ws (Ko j )} ²

O> * U Σ Pj'Vc(koJ)}² + i EPj «Ws (Ko, j )} ²J/ Z-Pj.... (ν)

O 3=1 j=l J=I

Nachstehend wird das System im Falle der Anwandung der durch die Gleichung (iii) dargestellten Fouriertransformation oder der durch die Gleichung (v) dargestellten Walsh^Hadamard-Transformation zum Bewerten der Komponente der vorgeschriebenen Frequenz Ko

in der Spektralverteilung der vorstehend genannten räumlichen Frequenz unter Bezugnahme auf die.in den Figuren 7 - 9 gezeigten Ausführungsbeispiele erläutert.'

Die Fig. 7 zeigt den Aufbau der wesentlichen Teile des Systems, insbesondere von dein Bildsensor 2 bis zu dem Rechner 10/sowie den Signal-Sende- und Empfangs-Zustand zwischen den Blöcken in dem Fall, daß die Fouriertransformation (iii) oder die Walsh-Hadamard-Transformation (v) als Bewertungsfunktion verwendet wird. Der Aufbau der wesentlichen Teile des gezeigten Systera kann sowohl für die Gleichung (iii) als auch für die Gleichung (v) Verwendung finden.

Die Fig. 8 zeigt den Inhalt und die Entwicklung der Rechenoperation mit Hilfe des Rechners 10 im Falle der Anwendung der Fouriertransformation (iii), während die Fig. 9 den Inhalt und die Entwicklung der Rechenoperation mit Hilfe des Rechners 10 im Falle der Anwendung der Walsh-Hadamard-Transformation (v) zeigt.

Nachstehend v/erden die wesentlichen Teile von dem Bildsensor 2 bis zu dem Rechner 10 unter Bezugnahme auf die Fig. 7 erläutert. In dem in der Zeichnung gezeigten System wird als Bildsensor 2 der in Fig. 2A gezeigte Flächen-Bildsensor 202 verwendet, so daß als Zeitfolgeeinrichtung 4 die gemäß der Darstellung in Fig. 3B aufgebaute Einrichtung verwendet wird. Die in Fig. 7 gezeigten und die gleiche Bezugszeichen wie jene in den Figuren 1, 2A und 3B tragenden Bezugszeichen tragenden Elemente stellen die gleichen Elemente dar, so daß die Erläuterung

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?.5i?lQ70

■ · - 31 -

ihres Aufhaus und ihrer Funktion insoweit weggelassen ■ .wird, als sie nicht dem Verständnis der Erfindung dient.

Wenn in Fig. 7 in beide .Adressier-Zähler 24 und 28 das Rücksetzsignal zu deren Rücksetzung eingegeben wird, wird auf diese Weise gemäß der vorstehenden Beschreibung das Ausgangssignal des lichtempfindlichen Elements PS₁ an den Koordinaten (X, _# Y₁) in dem Bildsensor 202 ausgegeben, wobei gleichzeitig mittels der beiden Adressier-Zähler 24 und 28 das Adressier-Slgnal j=l des lichtempfindlichen Elements PS. erzeugt und in den Rechner 10 eingegeben wird.

Wenn das Ausgangssignal des lichtempfindlichen Elements PS₁ mittels des A-D-Umsetzers 8 in einen digitalen Wert umgesetzt wurde, wird von dem A-D-Umsetzer 8 der digital umgesetzte Wert P, des Ausgangssignals des lichtempfindlichen Elements PS, in den Rechner 10 eingegeben, wodurch zur gleichen Zeit der Rechner 10 das VorwärtszähIsignal an den X-Adressier-Zähler 24 und den A-D-Umsetzer 8 ausgibt. Der Rechner 10, in den das Adressier-Signal j=l des genannten Elements PS₁ und der digitale Umsetzwert P₁ des Ausgangssignals des Elements PS₁ eingegeben wird, beginnt die festgelegte Rechenoperation zum Erhalt des oben genannten Funktionsumsetzwerts Fko (Gleichung (iii),oder Hko (Gleichung (v)) .

Der vorstehend genannte Vorgang wird von dem Element PS₁ an den Koordinaten (X₁, Y₁) an bis zu dem Element PS an den Koordinaten (X , Y₁) in dem Bildsensor 202 durchgeführt, wobei zu dem Zeitpunkt, an dem das Element PS an den Koordinaten

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(X , Y/.) durch die Adressier-Decodierer 26 und 30 angegeben wird, der Y-Adressier-Zähler 28 an den Rechner 10 das Endsignal darüber abgibt, daß die Abtastung der festgelegten Abbildungsebene der Objekt-Abbildung fertiggestellt, wurde. . · '

Wenn dieses Endsignal in den Rechner eingegeben wird, führt der Rechner ferner die abschließende Rechenoperation in Übereinstimmung mit dem Rechenergebnis der Elemente PS, bis PS_n aus, um so den Wert Fko oder Hko zu erzielen. Dabei erzeugt der Rechner 10 ferner das Rücksetzsignal für die Adressier-Zähler 24 und 28.

Nachstehend wird der Inhalt und die Entwicklung der Rechenoperation des Rechners 10 im Falle der Anwendung der Fouriertransformation (Gleichung (iii)) unter Bezugnahme auf die Fig. 8 erläutert, wobei die vorstehend genannte Erläuterung in Betracht gezogen wird. .

In Fig." 8 ist 36 eine Konstanteneinstellschaltung für die Einstellung der Konstante 2rcKo/n, 38 ein Multiplizierer " zum Errechnen von 27tjKo/n in Übereinstimmung mit der Ausgabe 2τ:Κο/η der Konstanteneinstellschaltung 36 und des durch die Adressier-Zähler 24 und 28 erzeugten Adressier-Signals j der lichtempfindlichen Elemente in dem Bildsensor 202, und 40 und 42 sind FestSpeicher-Einrichtungen (ROM, Read Only Memory) zur Erzeugung von jeweils cos 2njKo/n und sin 2itjKo/n in Übereinstimmung mit der Ausgabe des Multiplizierers 38.

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2 5 5:070

44 ist ein Multiplizierer zum Berechnen von P j *» cos . 2-frjKo/n in Übereinstimmung mit der Ausgabe cos 27gKo/n des Festspeichers 40 und der Ausgabe Pj des A-D-ümsetzers 8, wobei bei der Eingabe der Ausgabe Pj des A-D-ümsetzers 8 in den Multiplizierer 44 dieser das Vorvärtszählsignal an den X-Adressier-Zähler 24 und den A-D-Umsetzer 8 ausgibt.

46 ist ein Multiplizierer zur Berechnung von Pj*sin 2ft.jKo/n in Übereinstimmung mit der Ausgabe sin 2,^jKo/n des Festspeichers 42 und der Ausgabe Pj des A-D-Umsatzers 8.

48 ist ein Addierer und 50 ein' Speicher zum Speichern der Ausgabe des Addierer 43, wobei der Addierer die Addition der Ausgabe Pj des A-D-Umsetzers 8 zu der Ausgabe des Speichers durchführt. Wenn daher das Abtasten der vorbestimmten Abbildungsebene der Objekt-Abbildung beendet worden ist, beträgt die endgültige Ausgabe des Speichers 50 gleich ⁿ

Ά *>■

52 ist ein mit dem Multiplizierer 47 verbundener Addierer und 54 ein Speicher zum Speichern der Ausgabe des Addierers 52, der die Addition der Ausgabe des Speichers 54 mit der Ausgabe Pj χ X cos 2<jKo/n des Multiplizierers 44 durchführt. V7enn die Abtastung beendet ist, erzeugt daher der Speicher 54 die endgültige Ausgabe η
ο

σ> ;§Pj

CD ³~^l

56 ist ein mit dem Multiplizierer 46 verbundener Addierer

"v, und 58 ein Speicher zum Speichern der Ausgabe des Addierers 56,

^(O der die Addition der Ausgabe Pj*sin 2*jKo/n des Multiplizierers ** 46 mit der Ausgabe des Speichers 58 durchführt. Daher ist bei Be-

endigung der Abtastung die endgültige Ausgabe des' Spei- ' chers 58 gleich J _pj._{sin 2},_ijKo/n<

η 60 ist ein Quadrierer zur Errechnung von(^ Pj'cos 27£JKo/n)

in Übereinstimmung mit der Ausgabe des Speichers 54, 62 ein

" ri ' ₂ Quadrierer zur Errechnung von ( J£ Pj "sin 2-fc.jKo/n) ', 64 ein

■ j-i-Addierer für die Errechnung von

η ~ η ^

( V Pj *cos 2TtjKp/n) + (Σ* P j'* sin 27cjKo/n) ^

in Übereinstimmung mit den Ausgaben der beiden Quadrierer 60 und 62. 66 ist ein Teiler zum Dividieren der Ausgabe des Addierers

η ·

6 4 durch die endgültige Ausgabe X Pj des Speichers 50 im Ansprechen auf das Endsignal, das von dem Y-Adressier-Zähler 28 erzeugt wird, wenn die Abtastung beendet worden ist, wobei die Ausgabe des Teilers 66 gleich dem durch die Gleichung (iii) dargestellten Wert Fko ist. Dabei gibt der Teiler 66 an die beiden Adressier-Zähler 24 und 28 das Rücksetz signal ab, wenn die Errechnung dieses Werts Fko beendet worden ist. - ■

Nachstehend wird die Abwicklung des Rechenvorgangs mittels. des Rechners 10 während des Betriebs des Systems erläutert. Wenn das System zu arbeiten beginnt und die beiden Adressier-Zähler 25 und 28 das Adressier-Signal j=-L des ersten lichtempfindlichen Elements PS. in dem Bildsensor erzeugen, erzeugt der Multiplizierer 38 in Übereinstimmung mit der Ausgabe der Konstanten-Einstellschaltung 36 und diesem Adressier-Signal j=l den Wert 2ττΚο/η, wodurch in Übereinstimmung mit der Ausgabe dieses Multiplizierers 38 die Festspeicher 40 und 46 jeweils die Werte

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cos 2ttKo/n bzw. sin 2χΚο/η an die Multiplizierer 44 und

46 abgeben. . . ·

Wenn dann die digitale Umsetzung der Ausgabe des Elements PS, mittels des Ä-D-Umsetzers 8 beendet ist (wobei der digitale Umsetzwert zu diesem Zeitpunkt gleich P, ist), wird dieser digitale Wert P₁ in die Multiplizierer 44 und 46 eingegeben, die jeweils die Werte P Jt cos 2<Ko/n bzw. P,«sin 2*Ko/n errechnen und sie jeweils an die Addierer 52 bzw. 56 ausgeben. Wenn dabei der digitale Wert P₁ in den Multiplizierer 44 eingegeben wird, gibt dieser an den X-Adressier-Zähler 24 und den A-D-Umsetzer 8 das Vorwärtsz lsignal aus, um so die Funktion des zweiten Elements PS» zu beginnen.

Wenn das Ausgangssignal des zweiten Elements'PS2 auf die vorstehend genannte Weise verarbeitet wurde, betragen die Ausgaben der Multiplizierer 44 und 46 P-*cos 47tKo/n bzw. P-*sin 4tcKo/n; sie werden jeweils den Addierern 52 und 56 so eingegeben, daß sie den Rechenergebnissen aus dem Ausgangssignals des ersten Elements PS. zugezählt werden. Daher betragen die dann in den Speichern 54 und 58 gespeicherten Werte

(P.«cos 25tKo/n + P-¹¹COS 4π.Κο/π) bzw. (P₁* sind 2ifKo/n + P₂*sin 4tfKo/n) .

Wenn der vorstehend genannte Rechenvorgang bis hin zur Ausgabe des η-ten Elements PS beendet ist, sind die endgültigen Ausgaben der Speicher 54 und 58 gleich

η η

Σ Pj*cos 2'rtjKo/n bzw. - Pj'sin 2<jKo/n;

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Diese endgültigen Ausgaben.werden in die Quadrierer 60 und 62 zum Quadrieren eingegeben, so daß in dem Addierer

■ η ₉ η _

der Wert (I Pj* cos 2trjKo/n)^z + (I Pj'sin 2rjKo/n) ■ ·

3=1 ■ · j=£ . '

erzeugt wird. Die Ausgabe des Speichers.50 ist zu diesem

J? ■

Zeitpunkt gleich ^Pj. · .

3=1 . ■ '

Wenn das Abtasten beendet ist/ erzeugt der Y-Adressier-Zähler 28 das Endsignal.- Wenn die endgültige Rechenoperation mittels der Addierer 48 und 64 beendet worden ist, dividiert der Teiler 66 die Ausgabe des Addierers 64 durch die Ausgabe des Speichers 50 derart, daß der Wert Fko gemäß der Gleichung (iii) errechnet wird, wobei der Teiler 66 an die beiden Adressier-Zählcr 24 und 28 das Rücksetzsignal gibt, wenn die Errechnung dieses Werts Fko beendet ist.

Die Ausgabe Fko des Teilers 66 wird mittels des D-AUmsetzers 12 in ein analoges Signal umgesetzt und dann in die Meßwerk-Steuerschaltung 14 eingegeben, die das Meßwerk 16 in Übereinstimmung mit der Ausgabe des D-A-ümsetzers 12 so steuert, daß sich eine richtige Anzeige der Schärfe der Abbildung ergibt.

Nachstehend wird der Inhalt und die Entwicklung der Rechenoperation mittels des Rechners 10 im Falle der Anwendung der

CD Walsh-Hadamard-Transformation (Gleichung (v)) unter Bezuges ·

nähme auf die Fig. 9 erläutert.
oo

O In der Fig. 9 sind 68 und 70 Festspeicher (ROM), die in

—* Übereinstimmung mit dem von den Adressier-Zählers 24 und erzeugten Adressier-Signal j der lichtempfindlichen Elemente

in dem Bildsensor 202 jeweils die Walsh-Funktionen Wc · (Ko, j) bzw. Ws (Ko, j) erzeugen.

72 ist ein Multiplizierer zur Errechnung von Pj'Wc (Ko, j) in Übereinstimmung mit der Ausgabe Wc (Ko, j) des Festspeichers 68 und der Ausgabe Pj des A-D-Umsetzers 3, wobei der Multiplizierer 72 an den X-Adrsssier-Zähler 24 und den A-D-Umsetzer 8 das Vorwärtsz ählsignal abgibt, wenn die Ausgabe Pj .des A-D-Umsetzers 8 in den Multiplizierer 72 eingegeben ist.

74 ist ein Multiplizierer zum Errechnen von Pj*Ws (Ko, j) in Übereinstimmung mit der Ausgabe Pj des A-D-Umsetzers 8 und der Ausgabe Ws (Ko, j) des Festspeichers 70.

76 ist ein Addierer und 78 ein Speicher zur Speicherung der Ausgaben des Addierers, wobei der Addierer '76 die Addition der Ausgabe Pj des A-D-Umsetzers 8 mit der Ausgabe des Speichers 78 durchführt. Wenn daher die Abtastung der vorbestimmten Abbildungsebene der Objekt-Abbildung beendet worden ist, er-

zeugt der Speicher 78 die endgültige Ausgabe £. Pj. ·

j=t

80 ist ein an den Multiplizierer 72 angeschlossener Addierer, während 82 ein Speicher zum Speichern der Ausgaben des Addierers 80 ist, der die Addition der Ausgabe Pj*Wc (Ko, j) des Multiplizierers 72 mit der Ausgabe des Speichers 82 durchführt. Bei Beendigung der Abtastung ist daher die endgültige

η
Ausgabe des Speichers 82 gleich Σ pj'Wc (Ko, j).

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8 4 ist ein an den Multiplizierer 74 angeschlossener Addierer, während 86 ein Speicher zum Speichern der Ausgabe des Addierers 84 1st, der die Addition der Ausgabe Pj*Ws (Ko, j). des Multiplizierers 74 mit der Ausgabe des Speichers 86 durchführt. Daher ist bei Beendigung.der Abtastung die endgültige Ausgabe des Speichers 86 gleich η '".-·-

Γ pj-ws (Ko, j) .
ί~ί ■

η ₂

88 ist ein Quadrierer zur Errechnung von ( ^ Pj^-Wc (Ko, j))

j"/ in Übereinstimmung mit der Ausgabe des Speichers 82, während

ⁿ -2

90 ein Quadrierer zur Errechnung von ( ST Pj "Ws (Ko, j)) in

·■■.· . j=z·

Übereinstimmung mit der Ausgabe des Speichers 86 und 92 ein

T: 2 ⁿ

Addierer zur Errechnung von ( >- Pj'Wc (Ko, J)) + ( £ Pj*Ws (Ko,j))

in Übereinstimmung mit der Ausgabe der Quadrierer 88 und 90 ist.

94 ist ein Teiler zur Dividieren der Ausgabe des Addierers

' η ■ ■

92 durch die endgültige Ausgabe 57 pj £_es Speichers 78 im Ansprechen auf das Endsignal, das mittels des Y-Adressier-Zählers 28 erzeugt wird, wenn die Abtastung beendet worden ist, wobei die Ausgabe des Teilers 94 gleich dem durch die Gleichung (v) dargestellten Wert Hko ist* Dabei gibt der Teiler 94 an die Adressier-Zähler 24 und 28 das Rücksetzsignal, wenn die Errechnung von Hko beendet worden ist.

O> Nachstehend wird die Entwicklung der Rechenoperation mittels

cd des Rechners 10 während des Betriebs des Systems erläutert.

ς-, Wenn das System zu arbeiten beginnt und die Adressier-Zähler

ο '

—» 24 und 28 das Adressier-Signal j=-6 des ersten lichtempfindlichen

Elements PS₁ in dem Bildsensor 202 erzeugen, geben die Festspei-

eher 68 und 70 jeweils die Werte Wc (Ko, 1} bzw. Ws (Ko, 1) an die Multiplizierer 72 und 74 ab.

Wenn dann die digitale Umsetzung des Ausgangssignals des Elements PS, mittels des A-D-Umsetzers 8 beendet ist (wobei der digitale Umsetzwert dann gleich P, ist),wird der digitale Viert P, in die Multiplizierer 72 und 74 eingegeben, die jeweils P,*Wc (Ko, D.bzw. P.'Ws (Ko, 1) errechnen und diese Werte an die Addierer 80 bzw. 84 abgeben. Dabei gibt der Multiplizierer 72 an den X-Adressier-Zähler 24 und den A-Q-Umsetzer 8 das. Vorwärtszählsignal ab, um so die Funktion des zweiten Elements anlaufen zu lassen, wenn der digitale Wert P. in den Multiplizierer 72 eingegeben ist.

Wenn das Ausgangssignal des zweiten Elements PS₂ auf die vorstehend genannte Weise verarbeitet ist, entsprechen die Ausgaben der Multiplizierer 72 und 74 den Werten P₂* Wc (Ko, 2) bzw. P₂* Ws (Ko, 2), die jeweils den Addierern 80 und 84 eingegeben werden, um so dem Rechenergebnis des Ausgangssignals des ersten Elements PS. zuaddiert zu werden. Daher sind die in den Speichern 82 und 86 gespeicherten Werte gleich (P₁*Wc (Ko, 1) + F₂'V7c (Ko, 2)) bzw. (P_x*Ws (Ko, 1) + P₂*Ws (Ko, 2)).

Wenn der vorstehend genannte Vorgang bis hin zu dem Ausgangssignal des η-ten Element PS_n beendet ist, sind die endgültigen

Ausgaben der Speicher 82 und 86 gleich £ Pj'Wc (Ko, j) bzw. ή j=/£

Σ Pj'Ws (Ko, j),-sie werden jeweils in die Quadrierer 88 und zum Quadrieren eingegeben und dann dem Addierer 92 zur Errech-

5 2 ⁿ 2

nung von ( ^ Pj'Wc (Ko, j)) + (^ Pj'Ws (Ko, j))^ zugeführt.

J = L J=X

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Die Ausgabe des Speicher 78 ist zu diesem Zeitpunkt

gleich ^Σ Pj.

Wenn die Abtastung beendet ist, erzeugt der Y-Adressier-· Zähler 28 das Endsignal. Wenn die abschließende Rechenoperation mittels der Addierer 76 und 92 beendet ist, dividiert der Teiler 94 die Ausgabe des Addierers 92 durch die Ausgabe des Speichers 78, um so den durch die Gleichung (ν) dargestellten Viert Hko zu errechnen, wobei er an die Adr.essier-Zähler 24 und 28 das Rücksetzsignal ausgibt, wenn die Errechnung dieses Werts Hko beendet ist. Die Ausgabe Hko .des Teilers 94 wird mittels des D-A-^Umsetzers 12 in eine analoges Signal umgesetzt und darin in die Meßwerk-Steuerschaltung 14 eingegeben, die das Meßwerk 16 in Übereinstimmung mit der Ausgabe des D-A-ümsetzers 12 so steuert, daß sich eine richtige Anzeige der Schärfe der Objekt-Abbildung ergibt.

Als letztes wird ein Ausführungsbeispiel des Aufbaus eines Systems für die automatische Schärfeeinstellung des optischen Abbildungssystems L unter Verwendung der in den Figuren 7 bis 9 gezeigten Objekt-Abbildungs-Schärfeermittlungssysteme unter Bezugnahme auf die Fig. 10 erläutert.

Die Fig. 10 zeigt nur die den Systemen nach den Figuren 7-9 zugefügten Komponenten des automatischen Schärfeeinstellsystems mit Anwendung des in den Figuren 7-9 gezeigten Objekt Abbildungs-Schärfeermittlungssystems, wobei als nicht in der Zeichnung gezeigte Komponenten die in den Figuren 7 und 8 oder den Figuren 7 und 9 dargestellten verwendet werden können.

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In der Fig. 10 1st 10' ein Rechner, der dem in der Fig. 8 oder 9 gezeigten Rechner 10 entspricht, jedoch ferner einen Speicher 96 zur Speicherung der Ausgabe des Teilers 66 (oder 9 4), einen Speicher 98 zum Speichern c'er Ausgabe des Speichers 96 und einan Vergleicher 100 zum Vergleichen des von dem Speicher 96 gespeicherten Werts mit dem von dem Speicher 98 gespeicherten Wert aufweist.

Der Vergleicher 100 gibt unter gegenseitigem Vergleichen der Ausgaben der Speicher 96 und 9.8 ständig ein bestimmtes festgelegtes Signal ab, sofern der in dem Speicher 96 gespeicherte Wert größer ist als der in dem Speicher 9 8 gespeicherte Wert, und beendet dia Ausgabe sofort, wenn der in dem Speicher 96 gespeicherte Wert kleiner wird als der in dem Speicher 98 gespeicherte Wert. Das heißt, der Vergleicher 100 ermittelt den Umkehrpunkt der in Fig. 5 gezeigten Kurve für SKo (nämlich den Punkt, an dem SKo maximal wird).

Io2 ist ein D-A-Umsetzer zum Umsetzen des Ausgangssignals des Vergleichers 100 in eine analoges Signal und 104 eine Motorsteuerschaltung zum Steuern eines Motors 106 für die Ver- · stellung des optischen Systems L' in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal des D-A-Umsetzers 102.

Die Wirkungsweise des gemäß der vorstehenden Beschreibung aufgebauten automatischen Scharfeinstellsystems ist die folgende: Wenn das System zu arbeiten beginnt, wird die erste Abtastung auf die gleiche Weise wie im Zusammenhang mit den Figuren 7-9

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durchgeführt, wobei der Teiler 66 (oder 94) gemäß der vorstehenden Erläuterung den Wert Fko (oder Hko) erzeugt. Die Ausgabe des Teilers 66 (oder 94) bei der ersten Abtastung sei [_Fko] . (oder | Hkoj .)'. .Sobald die Ausgabe [_ FkoJ. (oder [HkOJ₁) des Teilers 66 (oder 94) unmittelbar in dem Speicher 96 gespeichert ist-, beginnt der Vergleicher 100 den in dem Speicher 96 gespeicherten Wert mit dem in dem Speicher 98 gespeicherten Wert zu\vergleichen.

Bei der ersten Abtastung ist der in dem Speicher 98 gespeicherte Wert gleich 0/ während der in dem Speicher 96 gespeicherte Wert [jFkoL (oder |_Hkoj ,) größer als 0 ist, d. h. der "in dem Speicher 96 gespeicherte Wert" größer als der "in dem Speicher 98 gespeicherte Wert" ist/ so daß der Vergleicher 100 an den X-Adressier-Zähler 24 das Rücksetzsignal abgibt, um so die zweite Abtastung ablaufen zu lassen, wobei er zugleich ein weiteres vorbestimmtes Signal an den D-A-Umsetzer 102 ausgibt. Das mittels des D-A-Umsetzers 102 in ein.analoges Signal umgesetzte Ausgangssignal des Vergleichers v/ird in die Motorsteuerschaltung 104 eingegeben,die den Motor 106 in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal des ■ D-A-Umsetzers 102 betreibt. Durch das Betreiben dieses Motors · 106 wird das optische System L in Richtung des in Fig. 1 gezeigten Pfeils aus der in Fig. 1 gezeigten, dem Abstand "unendlich" entsprechenden Stellung bewegt. "

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Wenn der Teiler 66 (oder 94) die festgelegte Rechenoperation für die zweite Abtastung beendet hat, wobei angenommen ist, daß das Rechenergebnis des Teilers 66 (oder 94) gleich [Fkoj (oder JHkoj₂) ist, wird der in dem Speicher 96 . gespeicherte Wert |FkoJ . (oder [1IkOj₁)- in dem Speicher 98 gespeichert, während in dem Speicher 96 die Ausgabe LFkOJ₂ (oder jjrlkoL·') des Teilers 66 (oder 94) für"die'zweite Abtastung vom Anfang an gespeichert wird. Sobald das neue Signal in dem Speicher 96 gespeichert ist, beginnt der Vergleicher 100 den in dem Speicher'96 gespeicherten Wert mit dem in dem Speicher 98 gespeicherten Wert auf die vorstehend beschriebene Weise, d.h. in diesem Falle j_^Fko]2 (oder. [_Hko| ₂) mit !„Fkojj (oder SHk⁰J₁) zu vergleichen. -

Wenn in diesem Falle dabei IFkOJ₂ (oder [HkoL·) größer als LFkOj₁ (oder ^HkoJ ,) ist, gibt der Vergleicher 100 auf die vorstehend beschriebene Weise das Rücksetzsignal ah den X-Adressier-Zähler 24 aus, um so die dritte Abtastung durchzuführen, wobei er zu gleicher Zeit das festgelegte Signal an den D-A-Umstzer .102 abgibt, so daß' der Motor 106 weiterhin betätigt wird und das optische System L bewegt wird, während in dem Fall, daß [FkoJ (oder [Hko]₂) kleiner als [FkOj₁ (oder [HkOJ₁) ist, das 7\usgangssignal des D-A-Umsetzers 102 sofort unterbrochen wird, wobei an den X-Adressier-Zähler 24 ein Haltsignal ausgegeben v/ird, um so die Abtastung anzuhalten.

Sobald das Ausgangssignal des Vergleichers 100 gesperrt ist, hält die Motorsteuerschaltung 104 den Motor 106 zum Anhalten der Bewegung des optischen Systems L an. In dieser Stellung ist die

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richtige Scharfeinstellung des Objekts OB mittels des optischen Systems erreicht.

Auf diese Weise wird die automatische Scharfeinstellung ' des optischen Systems. L erzielt. . ' ·· ·

Gemäß der bisherigen Beschreibung wird erfindungsgemäß die Information über die Schärfe der Objekt-Abbildung durch Bewertung, einer vorgeschriebenen Frequenzkomponente in dem Spektrum der räumlichen Frequenz des die Objekt-Abbildung bildenden Bildlichtbündels in Übereinstimmung mit einer bestimmten festgelegten Bewertungsfunktion erhalten, wobei es durch digitales Verarbeiten der Beleuchtungsintensität an jedem Punkt der Objekt-Abbildung möglich ist, das Signal-Geräusch-Verhältnis bemerkenswert zu verbessern, so daß eine richtige Information über die Schärfe der Objekt-Abbildung erreicht wird.

Die bei den Ausführungsbeisplelen genannte Fouriertransformations-Funktion oder die Walsh-Hadamard-Funktion sind näm-'lieh die Funktionen, die zum Bewerten des Spektrums, der räum- . liehen Frequenz des die-Objekt-Abbildung bildenden Lichtstrahls geeignet sind, wobei im Falle geringer Schärfe der Objekt-Abbildung das elektrische Signal in Übereinstimmung mit dem lichtelektrischen Ausgangssignal der lichtempfindlichen Elemente in dem Bildsensor keine ausreichenden höheren Harmonischen aufweist und ein Signal mit kleinen plötzlichen Änderungen 1st, so daß das hochfrequente Spektrum der Fouriertransformation oder der Walsh-Hadamärd-Transformation klein ist, während im Fall großer

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Schärfe der Objekt-Abbildung das Signal entsprechend dem Ausgangssignal der lichtempfindlichen Elemente ein Signal mit viel größeren Harmonischen und plötzlichen Änderungen ist, so daß das Spektrum hoher Harmonischer bei der 7ouriertransformation oder der Walsh-Hadamard-Transforraatior: groß ist. Wenn daher die Größe des Spektrum bei einer bestimmten festgelegten Frequenz in Betracht gezogen wird, wird die Größe des Spektrums groß in Übereinstimmung r.it dem Ansteigen der Schärfe der Objekt-Abbildung. Wenn daher das Signal der Abtastung mittels des Bildsensors durch den Rechner in Übereinstimmung mit der Fouriertransformations-Funktion oder der Walsh-Hadamard-Transformations-Funktion verarbeitet wird, kann die Ausgabe des Rechners als der Schärfe der Objekt-Abbildung entsprechender Wert betrachtet v/erden.

Ferner wird bei dem erfindungsgerrrißen Verfahren die Schärfe der Objekt-Abbildung durch die vorstehend genannte Informationsverarbeitung mit bemerkenswert hoher Empfindlichkeit ermittelt, wobei insbesondere viele Informationsverarbeitungsschritte in digitalen Signalen durchgeführt werden, so daß, wie aus der Informationstheorie allgemein bekannt ist, der Verlust an Informationen infolge von Rauschen oder Störung in Vergleich zur analogen Verarbeitung bemerkenswert gering ist und es daher möglich ist, das Problem des Signal-Geräusch-Verhältnisses ausreichend zu beseitigen, das immer im Falle des Erzielens elektrischer Ausgangssignale von einem Objekt geringer Be!euchtungsintensität als technische Schwierigkeit auftritt.

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Ferner wird es erfindungsgemäß möglich/ daß der elektronische Rechner ein für die Ermittlung der Information der Schärfe der Objekt-Abbildung mit höchster Empfindlichkeit geeignetes Programm aufweisen kann, so daß nicht nur die Ermittlung der Schärfe der Objekt-Abbildung mit hoher Empfindlichkeit möglich wird, sondern auch bisher als unmöglich ausführbare Funktionen, wie die Mustererkennung eines einfach geformten Objekts, die Ermittlung des .Videosignals der Objekt-Abbildung selbst und ihre Verarbeitung usw. auf eine Weise verwirklichbar werden, daß im Bedarfsfall das System selbst die Systemsteuerfunktion der zum gegenwärtigen Zeitpunkt vorherrschenden Systemkamera bieten kann. .· .

Mit der Erfindung wird ein Verfahren und ein System zum Ermitteln der Schärfe der Objekt-Abbildung durch Erfassen der Größe der Komponente einer bestimmten festgelegten Frequenz geschaffen, bei dem die mittels eines optischen Abbildungssystems ausgebildete Objekt-Abbildung durch ein bildempfindliches Element aus einer Anzahl auf einer Ebene angeordneter bzw. integrierter kleiner lichtempfindlicher Elemente erfaßt.wird, wobei die Ausgangssignale der genannten lichtempfindlichen Elemente nacheinander in Übereinstimmung mit der Anordnungsreihenfolge der genannten Elemente mit Hilfe einer Signal-Zeitfolgeeinrichtung so ausgegeben v/erden, daß eine elektrische Erfassung der genannten Objekt-Abbildung auf die. Weise vorgenommen wird, daß die dabei erhaltenen Abtastausgangssignale der Objekt-Abbildung aufeinanderfolgend mittels einer Analog-Digital-Umsetzeinrichtung in digitale "Signale umgesetzt werden, welche in einen kleinen Rechner eingegeben

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werden,in dem eine Bewertungsfunktion zur Bewertung der Größe der Komponente einer bestimmten vorgeschriebenen Frequenz in dem Spektrum der räumlichen Frequenzen bzw. Raumfrequenzen des' die genannte Objekt-Abbildung bildenden Objektlichtstrahls im voraus einprogrammiert ist.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE ·

(1.) Verfahren zur Ermittlung der Schärfe einer mittels eines optischen Abbildungssystems ausgebildeten Objekt-Abbildung durch Umsetzen von Bildinformationen von kleinen Teilbereichen der mittels des optischen Abbildungssystems ausgebildeten Objekt-Abbildung in elektrische Signale, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das optische Abbildungssystem (L) ausgebildete Abbildung eines.Objekts (OB) mit Hilfe einer .Bildsensoreinrichtung (2; 202; 204; 206; 208) aus einer Anzahl kleiner Elemente (PS; PC; PD; PV) zum Umsetzen eines Lichtstrahl in ein elektrisches Signal abgetastet wird, daß die Abtastungs-Ausgangssignale dieser Bildsensoreinrichtung mit Hilfe einer Analog-Digital-Umsetzeinrichtung (8) aufeinanderfolgend in digitale Signale umgesetzt werden, und daß diese digitalen Signale mit Hilfe einer Recheneinrichtung (10; 10') in Übereinstimmung mit einer Bewertungsfunktion (FK; HK) zur Bewertung der Verteilung des Spektrums der räumlichen Frequenz .des die Objekt-Abbildung bildenden Bildlichtbündels so verarbeitet werden, .daß die Schärfe des mit Hilfe des optischen Systems in Übereinstimmung mit dem erhaltenen Ausgangssignal der Recheneinrichtung erfaßt, wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bildsensoreinrichtung ein Flächen-Bildsensor (202) aus einer Anzahl kleiner Elemente (PS) verwendet wird, die in Form einer Matrix auf einer Ebene angeordnet bzw.integriert sind.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß als Bildsensoreinrichtung ein Zeilen-Bildsensor (204; 206; 208) aus einer Anzahl kleiner Elemente (PC; PD; PV) verwendet wird, die durchgehend auf einer Ebene angeordnet sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Signal-Zeitfolgeeinrichtung (4) die Ausgangssignale der Elemente in der Bildsensoreinrichtung regelmäßig und aufeinanderfolgend so ausgegeben v/erden, daß eine Abtastinformation über die Cbjekt-Abbildung erzielt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche Ibis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Recheneinrichtung ein Rechner (10, 10") verwendet wird, wobei in dem Rechner die Bewertungsfunktion im voraus einprogrammiert ist (Q).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche Ibis 5, dadurch .gekennzeichnet, daß als Bewertungsfunktion im Prinzip die Fouriertransformations-Funktion (Fk ... (i)) verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung eine Berechnung durchführt, die durch die nachstehende Gleichung

η
PJ

3=1
dargestellt ist, wobei

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ko die zu bewertende Frequenz der Komponente in dem Spektrum der räumlichen Frequenzen ist,

η die Gesaratzahl der in der Bildsensoreinrichtung angeordneten Elemente ist,

pj die digital umgesetzten Werte der Ausgangssignale der Elemente sind und

j die ganzen Zahlen beginnend von 1 bis η sind:
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Bewertungsfunktion im Prinzip die Walsh-Hadamard-Transformations-Funktion (Hk ... (iv)) verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung eine Berechnung ausführt, die durch die Gleichung

{ Σ pj,VcCko J)} ^Z' + I Σ pj.V^ .(Kp₅ j)} ² ·

Hko = . j<L ' ·

■ η

dargestellt ist, wobei . ' ■

- Wc u. Ws die Walsh-Funktionen sind,

ko die zu bewertende Frequenz der
Komponente in dem Spektrum der
räumlichen- Frequenzen ist.,

η die gesamte Anzahl der in der BiId-

sensoreinrichtung angeordneten Elemente ist,

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ρj die.digital übersetzten Werte der

Ausgangssignale der Elemente sind und

j die ganzen Zahlen beginnend von 1 - η sind.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Abbildungssystem (L) entlang der optischen Achse (O) bewegbar ist, wobei die Bildsensoreinrichtung an der geplanten Brennebene des optischen Abbildungssystems oder in deren Nähe angebracht ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ermittlungsergebnis über die Schärfe der Objekt-Abbildung mit Hilfe einer Anzeigeeinrichtung (14, 16) angezeigt wird, die auf das Ausgangssignal der Recheneinrichtung anspricht. ·
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des optischen Abbildungssystems mit Hilfe einer Verstelleinrichtung (104, 106) selbsttätig gesteuert wird, die auf das Ausgängssignal der Recheneinrichtung (10¹) anspricht.

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