DE3038712A1

DE3038712A1 - Entfernungsmesseinrichtung

Info

Publication number: DE3038712A1
Application number: DE19803038712
Authority: DE
Inventors: Norman L. Englewood Col. Stauffer
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1979-10-17
Filing date: 1980-10-14
Publication date: 1981-04-30
Also published as: JPS5666810A; DE3038712C2; JPS6248808B2; US4309603A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Entfernungsmeßeinrichtung nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. ^In der älteren DE-OS 29 22 080 ist eine Entfernungsmeßeinrichtung dargestellt und beschrieben, die bei einer Messung durch die Objektivlinse einer Kamera verwendet und für die Positionierung der Objektivlinse herangezogen werden kann. Die bekannte Einrichtung verwendet mehrere kleine Detektoren wie beispielsweise ladungsgekoppelte Einrichtungen (CCD)oder ladungsinjizierende Einrichtungen (CID ) die in einem bestimmten Muster angeordnet sind und Strahlung von der betrachteten Szene empfangen.Die Detektoren sind paarweise angeordnet, wobei jedes Detektorpaar hinter einer kleinen Linse angeordnet ist, so daß jedes Paar ein Bild der Austrittspupille der Objektivlinse empfängt. Einer der Detektoren in jedem Paar empfängt jedoch in erster Linie Strahlung von einem ersten Teil der Objektivlinse währen! der andere Detektor innerhalb des Paares in erster Linie Strahlung von einem hiervon unterschiedlichen Teil der Objektivlinse empfängt. Infolgedessen werden zwei ähnliche Kurven gebildet, die das Strahlungsverteilungsmuster der betrachteten Szene vorgeben. In einer richtig fokussierenden Lage der Objektivlinse stimmen die beiden Kurven überein und bei einer Bewegung des aufgenommenen Objektes in Bezug auf die Kamera bewegen sich die beiden Kurven aus der übereinstimmenden Lage, wodurch ein Zustand fehlender Scharfeinstellung angezeigt wird. Die beiden Kurven bewegen sich in Bezug aufeinander in einer ersten Richtung, wenn sich das Objekt gegenüber der gewünschten Scharfeinstellung näher an die Kamera heranbewegt,und sie bewegen sich in einer entgegengesetzten Richtung in Bezug aufeinander, wenn sich das Objekt in Bezug auf die gewünschte Scharfeinstellung weiter von der Kamera wegbewegt. Durch Feststellung der Bewegungsrichtung der beiden Kurven in Bezug aufeinander ist es möglich, die Richtung festzustellen, in der die Objektivlinse zu bewegen ist, um die gewünschte Scharfeinstellung zu erzielen.

In der älteren DE-OS 30 07 700 wurde ein Verfahren und eine

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Vorricntung dargestellt und beschrieben, das bzw. die der Verbesserung der eingangs geschilderten Entfernungsmeßeinrichtung dient. Hierbei wird ein Wert entsprechend der Neigung der Kurven in vorgegebenen Punkten ermittelt und dieser Wert wird mit der Differenz zwischen den Werten der Ausgangssignale der Detektoren in diesen Punkten multipliziert. Das Produkt wird über einen vorbestimmten Bereich aufsummiert. Der Summenwert besitzt im wesentlichen den wert O , wenn die beiden Kurven übereinstimmen, und er besitzt einen hiervon abweichenden charakteristischen positiven Wart,wenn die beiden Kurven nicht übereinstimmen, wodurch die Ricntung angezeigt wird, in der die Objektivlinse zu verschießen ist.

In der al+.^ren DE-OS 30 27 015 wird, ausgehend von der zuvor erwähnten Entfernungsmeßeinrichtung_; eine Verbesserung vorgeschlagen,, indem dort in vereinfachter Weise ein erstes Signal entsprechend dem absoluten Differenzwert zwischen den Ausgangssignalen zweier Detektoren auf jeder der beiden Kurven und zweites Signal entsprechend dem absoluten Eif ferenzwert zwischen den Ausgangssignalen zwei anderer Detektoren auf jeder der beiden Kurven gebildet wird. Die so gebildeten Absolutwerte werden voneinander abgezogen und das Ergebnis wird über einen vorbestimmten Bereich aufsummiert. Das sich ergebende summierte Signal weist im wesentlichen den Wert 0 auf, wenn die beiden Kurven übereinstimmen/ und es besitzt eine erste Charakteristik mit beispielsweise einem negativen Vorzeichen, wenn die beiden Kurven in einer ersten Richtung in Bezug aufeinander verschoben sind,und es besitzt eine zweite Charakteristik mit beispielsweise einem positiven Vorzeichen, wenn die beiden Kurven in entgegengesetzter Richtung in Bezug aufeinander verschoben sind.

Alle vorstehend erwähnten Einrichtungen weisen Schaltkreise für die Verwendung in hochgenauen selbstfokussierenden Systemen auf,

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wie sie bei ziemlich teueren Kameras_/ wie beispielsweise Spiegelreflexkameras^ Anwendung finden können. Bei derartig teuren Kameras ist es relativ ohne Bedeutung, wenn das selbstfokussierende System relativ kostspielig ist. Bei weniger teuren Kameras besteht jedoch ein Erfordernis nach einem billigeren selbstfokussierenden System, wobei zugleich die Vorteile erhalten bleiben sollen, die mit den eingangs erwähnten Entfernungsmeßeinrichtungen erzielt werden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gegenüber den eingangs erwähnten E ntfernungsmeßeinrichtungen verbilligte Entfernungsmeßeinrichtung zu schaffen, die trotzdem zufriedenstellend arbeitet. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird von den grundlegenden Prinzipien Gebrauch gemacht, die auch den zuvor erwähnten älteren Anmeldungen zu Grunde lagen. Während jedoch bei den eingangs erwähnten Einrichtungen eine große Anzahl von Detektorpaaren innerhalb der CCD- bzw. CED-Einrichtungen und entsprechende komplexe Schaltkreise für die Bestimmung der richtigen Scharfeinstellung erforderlich waren, kommt die erfindungsgemäße Einrichtung mit einer geringen Anzahl von Detektoren,beispielsweise mit vier Detektoren, aus. Insbesondere werden Fotodioden verwendet, die bestimmte später noch zu erläuternde Vorteile besitzen. Die sich ergebende Detektoranordnung ist leichter herzustellen und führt zu einer vereinfachten elektronischen Schaltungsanordnung, so daß sich das System insgesamt bei einer etwas verminderten Genauigkeit mit beträchtlich reduzierten Kosten herstellen läßt. Die Verwendung von Fotodioden anstelle von CCD- bzw. CID-Einrichtungen ist in^sofern vorteilhaft, als sie logarithmierte Signale als Ausgängssignale liefern, die zu einer auto-

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matischen Kompensation bei unterschiedlichen Helligkeitspegeln in der betrachteten Szene führen.

Bei der vorliegenden Erfindung wird eine zusätzliche hier als Fokuslinse bezeichnete Linse zusammen mit einem Paar kleiner Linsen verwendet,und es sind vier Fotodioden-Detektoren angeordnetem das selbstfokussierende Signal zu erzeugen, welches für die Einstellung der Objektivlinse der Kamera in die gewiinschte Scharfeinstellung erforderlich ist. Die Fokuslinse ist mechanisch mit der Objektivlinse verbunden und bewegt sich entlang einer Achse, die parallel zu der Achse der Objektivlinse verläuft. Wie bei den eingangs erwähnten Einrichtungen erzeugen die Fokuslinse und die kleinen Linsen ein Strahlungsverteilungsmuster,in welchem die beiden Paare von Fotodioden angeordnet sind. Wenn sich die Fokuslinse und die Objektivlinse auf einer ersten Seite der richtig fokussierenden Stellung befinden, so besitzt das Ausgangssignal des Systems eine erste Charakteristik

,beispielsweise einen positiven Wert. In der richtig fokussierenden Stellung besitzt das Ausgangssignal eine zweite Charakteristik beispielsweise mit dem Wert O. Befinden sich Fokuslinse und Objektivlinse auf der anderen Seite der richtig fokussierenden Stellung,so besitzt das Ausgangssignal des Systems eine dritte Charakteristik, beispielsweise einen negativen Wert. Es ist ein neuartiger Aufbau für die Bewegung der Linsen vorgesehen, durch den die Fokuslinse und die Objektivlinse in die richtig fokussierende Stellung bewegt werden und dort gehalten werden, während der Film belichtet wird. .

Bei den bekannten Entfernungsmeßeinrichtungen wurden die Ausgangssignale der einzelnenen Detektoren eines jeden Paares gemäß folgender Gleichung mit einander verglichen:

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N-1

n-^b i
η n+11

a, I₁ -b n-S-1 η

n=1

In dieser Gleichung entspricht V dem resultierenden Ausgangssignal, N der Gesamtzahl der Detektorpaare, a und b_n den Ausgangssignalen der Detektoren eines ersten Paares und a_n+l und o_n+1 den Ausgangssignalen der Detektoren eines zweiten Faares. Gemäß der vorstehenden Gleichung wird eine Summierung dieser Signale durchgeführt. Der Summenwert variiert zwischen einem positiven und einem negativen Wert, wobei im Nulldurchgang die richtig fokussierende Stellung vorliegt. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Ausgangssignale zweier Detektorpaare gemäß nachstehender Gleichung verarbeitet:

V = I log a₁ - log.b₂l - j log a₂ - 10g b^ J (1) oder vereinfacht

= |log ±L|- (log Ϊ1\ (2)

^b2' ' b·.

In diesen Gleichungen stellt V das resultierende Ausgangssignal dar und a-|, b-, a? und b? repräsentieren die entsprechenden Ausgangssignale der beiden verwendeten Detektorpaare. Gemäß der Gleichung 2 ist der erhaltene Wert normalerweise positiv, wenn sich die Linsenanordnung auf einer Seite der richtig fokussierenden Stellung befindet_/und der erhaltene Wert ist normalerweise negativ, wenn sich die Linsenanordnung auf der anderen Seite der richtig fokussierenden Stellung befindet. Der Nulldurchgang des Wertes entspricht der Linsenstellung mit der besten Scharfabbildung.

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Erfindungsgemäß wird die Fokuslinse und die Objektivlinse anfänglicii in eine Stellung gebracht, in der ein Objekt im Unendlichen scharf abgebildet wird. Eine Bedienungsperson der Kamera löst die Selbstfokussierung aus, indem sie den Auslöser betätigt. Der erste Teil der Bewegung des Auslösers dient der Spannungsversorgung des selbstfokussierenden Schaltkreises und dem gleichzeitigen Bewegungsstart der Cbjektivlinse und der Fokuslinse aus der Unendlichstellung in Richtung auf eine Isiahsteilung. Wenn die elektronische Schaltung den Nulldurchgang feststellt, so wird die Bewegung der beiden Linsen beendet und eine anschließende fortgesetzte Bewegung des Auslösers besitzt keine weitere Einwirkung, bis dieser mit einem Verschluss-Freigabemechanismus in Berührung gelangt. Ein weiteres Niederdrücken des Auslösers betätigt anschließend den Verschluss-Auslösemechanismus und ruft eine Belichtung des Filmes hervor. Nach der Aufnahe des Bildes wird der Auslöser freigegeben und die beiden Linsen kehren in ihre normaleUnendlichstellung zurück, wobei der selbstfokussierende elektronische Schaltkreis abgeschaltet wird.

Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 ein Strahlungsverteilungsmuster für den Fall, wo sich die Fokussierlinse in der richtigen fokussierenden Stellung befindet und zwei Detektorpaare in dem Muster in einer möglichen Stellung angeordnet sind;

Fig. 2 das Strahlungsverifeilungsmuster gemäß

Figur 1 in zwei Kurven bei fehlender Scharfeinstellung und die Lage der vier Detektoren

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innerhalb des Musters;

Fig.3 den sich ergebenden Verlauf des Ausgangssignales, welches durch eine elektronische Schaltung erzeugt wird, wenn diese die Ausgangssignale der Detektoren gemäß Figur 2 zugeführt erhält und wenn die Strahlungsverteilungsmuster zu beiden Seiten der fokussierenden Stellung verschoben sind;

Fig.4 das Strahlungsverteilungsmuster gemäß Fig.2 bei einer Anordnung der Detektoren an einer anderen Stelle in dem Muster;

Fig.5 den sich ergebenden Verlauf des Ausgangssignales, wie es durch eine elektronische Schaltung erzeugt wird, wenn diese die Ausgangssignale der Detektoren gemäß Figur 4 zugeführt erhält und wenn die Strahlungsverteilungsmuster zu beiden Seiten der fokussierenden Stellung verschoben sind;

Fig.6 eine elektronische Schaltung für das selbstfokussierende System gemäß der Erfindung;

Fig.7 eine bevorzugte Ausführungsform für die Anordnung der Objektivlinse und der Fokuslinse sowie der kleinen Linsen und Detektoren in Verbindung mit dem Auslöseknopf und dem Verschluss-Steuermechanismus einer Kamera; und

Fig.8 ein Summierschaltkreis zurVerwendung mit zwei Systemen gemäß Fig. 6.

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Geiriäß Figur 1 repräsentiert eine Kurve 10 ein Muster der Lichtintensität, wie sie von der Fokussierlinse und der kleinen Linse durch die aufgenommene Szene erzeugt wird. Ein solches Lichtverteilungsmuster würde sich insbesondere durch die Ausgangssignale von den Detektoren ergeben, die von dem Muster beleuchtet werden, wenn das aufzunehmende Objekt scharf abgebildet wird. Gemäß Figur 1 zeigt die Ordinate der Kurve 10 die Lichtstärke in cd/m , wobei sich die Kurve zwischen einem unteren Wert von 4o cd/irr und einem oberen Wert von ungefähr 180 cd/m^ erstreckt.

•Die Abszisse zeigt hingegen den Bildausschnitt in mrad, wobei sich die Kurve von 0 bis ungefähr 360 mrad erstreckt. Der Betrag der Lichtstärke variiert natürlich mit der Beleuchtung und Zusammensetzung der betrachteten Szene und die Größe des Bildausscnnittes in der Bildebene variiert mit der Brennweite der Objektivlinse.

In Figur 1 ist der Fall dargestellt, wo sich die Linse in der fokussierenden Stellung befindet, so daß jeder Detektor in jedem Detektorpaar den gleichen Strahlungsbetrag empfängt und somit ein Ausgangssignal mit gleicher Größe erzeugt.

Im Stand der Technik sind mehrere Detektorpaare _/ üblicherweise ungefähr 32 der CCD- bzw. CID Anordnungen zwischen beliebigen Punkten auf der Kurve irgendwo in deren Mitte angeordnet. Bei der vorliegenden Erfindung wird eine kleine Anzahl von.Detektorpaaren beispielsweise zwei Paare verwendet und diese werden/ wie aus Figur 1 ersichtlich, ungefähr einemBildwinkel von 15o und mrad zugeordnet/wie dies durch die Bezugsziffern 12a, 12b, 14a und 14b angezeigt ist.

Fig. 2 zeigt das StrahlungsVerteilungsmuster von Fig.1 bei einem Zustand fehlender Scharfeinstellung,und es ist aus Fig. ersichtlich, daß die Kurve 10 gemäß Figur 1 nunmehr in zwei

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Kurven aufgespaltet ist, wobei eine Kurve 10' durch, eine ausgezogene Linie und die andere Kurve 10'' durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. In Figur 2 sind nunmehr die Detektorpaare voneinander getrennt und erneut durch die Bezugsziffern 12a, 12b, 14a und 14b gekennzeichnet. Es ist erkennbar, daß die Ausgangssignale der Detektoren in jedem Paar nicht länger den gleichen Wert aufweisen, da sich die gestrichelte Linie 10'' rechts von der ausgezogenen Linie 10' befindet_f wodurch ein Zustand veranschaulicht wird, wo sich das Objekt auf einer ersten Seite von der fokussierenden Stellung befindet. Würde sich das Objekt auf der gegenüberliegenden Seite der fokussierenden Stellung befinden, so wäre die gestrichelte Linie 10" links von der ausgezogenen Linie 10' angeordnet und die Ausgangssignale der Detektoren 12a, 12b, 14a und 14b wären weiterhin voneinander verschieden, aber mit gegengesetztem Vorzeichen. Die Ausgangssignale dieser Detektoren werden im Zusammenhang mit einem Schaltkreis verwendet, wie er im Zusammenhang mit Figur 6 erläutert: wird, um das geeignete Fokussiersignal zu erhalten.

Figur 3 zeigt eine Darstellung des £usgangssignale_#wie es von den Detektoren 12a, 12b, 14a und 14b erhalten wird, wenn eine Verarbeitung gemäß der Gleichung (2) | log a-j/a2l ~ I log erfolgt und wenn die Fokussierlinse und die Objektivlinse aus einer Unendlichstellung in eine Nahstellung von links nach rechts i*¹ Figur 3 bewegt werden. Gemäß Figur 3 erstreckt sich eine Kurve 16 von einem positiven Wert auf der linken Seite über einen Nulldurchgangspunkt 18 in der Mitte zu einem negativen Wert auf der rechten Seite. Die Kurve 16 veranschaulicht das Ausgangssignal des Schaltkreises gemäß Figur 6 bei einer Verschiebung der Strahlungsverteilungsmuster gemäß Figur 2. Wenn insbesondere die Fokussierlinse und die Objektivlinse einen beträchtlichen Abstand von der Fokussierstellung auf der der unendlichen Entfernung zugeordneten Seite aufweisen, so sind die Strahlungsverteilungsmuster gemäß Figur 2 beträchtlich voneinander ent-

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feriit und das Ausgangssignal des Systemes gemäj3 Figur 6 tritt in dem positiven bereich auf der linken Seite in Figur Z auf. ivenn die Fokussierlinse und die Objektivlinse näher an die fokussierende Stellung herangeschoben werden, so nähern sich die beiaen Lichtverteilungsmuster gemäß Figur 2 einander bis der Punkt erreicht ist, wo die Linsen die geeignete fokussierende dteilung aufweisen. In diesem Fall stimmen die ueiden Kurven gemäß Figur 2 überein und das Ausgangssignal des Schaltkreises gemäß Figur 6 entspricht dem Wert KuIl, was durch den Punkt 18 in Figur 3 veranschaulicht ist. .Venn sich die Fokussierlinse und die Objejctvlinse von der Fokussierstellung in Richtung auf die i\ahsteilung bewegen, so folgt das Ausgangssignal des Schaltkreises gemäß Figur 6 der Kurve 16 nach rechts und wird immer menr negaciv, da sich die Lichtverteilungsmuster gemäß Figur immer weiter in entgegengesetztem Sinn auseinander bewegen. Demgemäß dient der Schaltkreis gemäß Figur 6 der Feststellung dss Kulldurchgangspunktes 1 ό der Kurve 16 in Figur 3,-um auf diese 'weise die Stellung der Kameralinse zu steuern.

Gemäß Figur 6 sind die Detektoren 12a, 12b, 14a und 14b als Kästchen dargestellt, die mit a-j , b-j , a2 und b2 bezeichnet sind. Die Detektoren 12a, 12b, 14a und 14b sind vorzugsweise Fotodioden, die entsprechend der empfangenen Strahlung Ausgangssignale erzeugen. Das aus den Detektoren 12a und 12b bestehende Detektorpaar ist hinter einer ersten kleinen Linse angeordnet, die ein Bild der Austrittspupille der Fokussierlinse erzeugt, wie dies durch einen die beiden Detektoren umgebenden Kreis 20 angedeutet ist. In gleicher Weise sind die Detektoren 14a und 14b hinter einer kleinen Linse angeordnet, die ein Bild der Austrittspupille der Fokussierlinse erzeugt, was durch einen Kreis 22 angedeutet ist. In einem geeigneten Zustand der Scharfeinstellung belichten die Bilder 20 und 22 beide Detektoren a-j und b-j und beide Detektoren a2 und b2 gleich stark. Bei einem Zustand fehlender Scharfeinstellung

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verändern sich die oilder 20 und 2 2 in einer Weise, die von der RicntUxig aohängt,in der aas scharf abzubildende Ubjekt aus aer geeigneten E"okussiersteilung herausbewegt worden ist. Jie Detektoren in jeaem Detektorpaar empfangen hierbei.unterschiedlicne Strahlungsbeträge. Das Ausgangssignal des Detektors 12a wird über eine Leitung 30 einem Schaltungspunkt 32 zugeführt. Der Schaltungspunkt 32 ist mit einem Anschluss einer logarithmierenden Dioae 34 verbunden, welche mit ihrem anderen Anscnluss ür>er eine Leitung 36 an eine positive Spannungsquelle 3o angeschlossen ist. Der Zweck der logarithmierenden Diode 34 liegt darin, das am Schaltungspunkt 32 auftretende Signal in ein logaritnmiertes Signal umzuwandeln. Die Signalgrriße im Scnaltangspunkt 32 ist somit durch log a« vorgegeben.

In gleicher Weise sind die Detektoren 12b, 14a und 14b über Leitungen 40, 50 und 60 an Schaltungspunkte 42, 52 und 62 angeschlossen. Die Schaltungspunkte 42, 52 und 62 sind mit dem einen Anschluss von logarithmierenden Dioden 44, 54 und 64 verbunden, wonei der jeweils andere Anschluss dieser Dioden über aie Leitung 36 an die positive Spannungsquelle 38·angeschlossen ist. Durch die logarithmierenden Dioden 34,54 und 64 werden die Signale in den Schaltungspunkten 42, 52 und 62 in entsprechende werte log b·] , log a₂ und log b₂ umgewandelt.

Das Signal log a-j im Schaltungspunkt 32 ist üoer eine Leitung 70 an den positiven Eingang eines Differenzverstärkers 72 angeschlossen, während das Signal log b₂ im Schaltungspunkt 62 über eine Leitung 74 an den negativen Eingang des Differenzverstärkers 72 angeschlossen ist. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 72 tritt auf einer Leitung 76 auf und entspricht dem Wert log a-j - log b₂ ·

In gleicher Weise ist das Signal log b- im Schaltungspunkt 42 über eine Leitung 80 an den negativen Eingang eines Differenz-

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verstärkers 82 geführt. Das Signal log a 2 im Scnaltungspunkt ist über eine Leitung ö4 an den positiven Eingang des Differenzverstärkers 82 angeschlossen.

Das Ausgangdsignal des Differenzverstärker 82 tritt auf einer Leitung 86 auf und entspricnt dem Wert log a2 ~ log b-| .

Das Ausgangssignal des Jifferenzverstärkers 72 auf der Leitung 7b wird einem absolutwertbildenden Schaltkreis 90 zugeführt, dessen Ausgangssignal auf einer Leitung 92 üoer einen widerstand 94 einem Scnaltungspunkt 96 zugeführt wird. Das im SchaltungspunKt 9ö auftretende Signal ist somit durcn den Wert ilog a-j log U2I oder vereinfacnt durch den tfert |iog a^/b^f gegeben. In gleicher Weise wird das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 8z auf der Leitung 86 einem absolutwertbildenden Schalt kreis 100 zugeführt, dessen Ausgangssignal auf einer Leitung über einen Widerstand 104 einem Scnaltungspunkt 106 zugeführt wird. Das im Schaltungspunkt 106 auftretende Signal ist durch den Wert Ilog a-^ - log blöder vereinfacht durch den Wert I log a-^/b] | vorgegeben.

Die Schaltungspunkte 96 und 106 sind über Leitungen 110 und mit den entsprechenden Eingängen eines Differenzverstärkers verbunden, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 116 einem Schaltungspunkt 118 zugeführt wird. Der Schaltungspunkt 118 ist mit dem Schaltungspunkt 106 über einen Widerstand 120 verbunden, während der Schaltungspunkt 96 über einen Widerstand an Masse angeschlossen ist. Der Differenzverstärker 114 dient der Subtraktion der Signale in den Scnaltungspunkten 96 und 106, so daß das in dem Schaltungspunkt 118 auftretende Signal durch den Wert j log a-j/b2J - |log ayb-]} vorgegeben ist. Dieser Wert entspricht der eingangs angegebenen Gleichung (2). Dieses Signal im Schaltungspunkt 118 wird über eine Leitung 130 einem Leistungsverstärker 132 zugeführt, dessen Ausgangssignal auf

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-18-einer Leitung 134 über eine Spule 136 nach Masse geführt wird.

Das Signal im Schaltungspunkt 118 sowie das Ausgangssignal des j-ieistungsverstärkers 132 auf der Leitung 134 entspricht einem Signal/wie es in Figur 3 dargestellt ist una aas ein positives Vorzeichen besitzt/wenn sich die Pokuslinse und die Oüjektivlinse jenseits der gewünschten Scharfeinstellung in der Unandlicnstellung befinden,und das ein negatives Vorzeichen besitze, wenn sich die Linsen gegenüber der gewünschten Scharfeinstellung im Nahbereich befinden. Das Signal geht durch Null/ wenn die Linsen^geeignete Scharfeinstellung aufweisen. Wenn das Signal auf der Leitung 134 einen positiven Wert aufweist, so wird die Spule 136 in einer ersten Richtung erregt und wenn das Signal durch Null in den negativen Bereich übergeht, so wira die Spule 136 in einer zweiten Richtung erregt, um die Linsen anzunalten, was noch näher erläutert wird.

Gemäß Figur 7 ist ein Paar von Linsen 200 und 201 dargestellt, die meenanisen miteinander über einen Steg 202 verbunden sind. Die Linse 201 kann die Objektivlinse der Kamera darstellen und die uinse 2O0 entspricht der Eilfslinse bzw. Fokuslinse, die zur Gewinnung des selbstfokussierenden Signales verwendet wird. Der Steg 202 ist mit einer Stange 205 verbunden, die mehrere Anschläge 206 bis 210 aufweist. Die Anschläge 206 bis 210 werden benutzt,um die Linsen 200 und 201 in der geeigneten Scharfeinstellung zu positionieren _f was noch beschrieben wird. Die Stange 2Oo trägt auf der rechten Seite einen Kurvenabtaster 212 und wird nach links durch eine Feder 215 vorgespannt.

hin Kamera-Auslöseknopf 220 ist gemäß Figur 7 nach oben durch eine senwache Feder 222 vorgespannt,- die sich an einer Oberfläche 224 abstutzt, welche ein Tei 1 des Kameragehäuses bilden kann. Der Auslöseknopf 220 ist über einen Schaft 226 mit einer Scnanlone 230 verbunden, die eine geeignete Fläche 232 im unteren

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Bereich aufweist, an welcher sich der Rurvenabtaster 212 abstützt. Die Scnablone 230 weist einen zurückversetzten Teil 235 gegenüber der geneigten Fläche 232 für noch zu erläuternde Zwecke auf.

Ein an eine nicht dargestellte positive Spannungsquelle angeschlossener Schaltarm 240 besitzt an seinem unteren Ende einen V-förmigen vorstehenden Teil 242,der in den zurückversetzten leil 235 der Schablone 230 eingreift. Der Schaltarm 240 trägt einen Scnaltkontakt 247/der immer dann mit einem Schaltkontakt 249 zusammenwirken kann, wenn der Schaltarm 240 nach links bewegt wird. In der dargestellten Stellung, wo sich der V-förmig aostenende Teil 242 innerhalb des zurückversetzten Teiles 235 uer Schaoione 230 befindet, ist der durch die Kontakte 247 und 249 gebildete Schalter geöffnet.

Beim herunterdrücken des Auslöseknopfes 220 bewegt sich die Schablone 230 gegen die Kraft eier schwachen Feder 222 nach unten und der Kurvenaotaster 212 gestattet durch die Kraft der Feder 215 eine bewegung der Stange 205 und der Linsen 200 und 201 nach linKs in Figur 7, wobei die Linsen aus der Unendlichstellung in eine i\ahsteilung oewegt werden. Bei dieser Abwärtsbewegung verursacnt ein Ansatz 250 an der Schablone 230 und am oberen Ende des abgesetzten Teiles 235 eine Auslenkung des V-förmigen Teiles 24^ des Schaltarmes 240, wodurch der Schaltkontakt 247 in Berührung mit dem Schaltkontakt 249 gebracht wird und eine positive Spannung von dem Schaltarm 240 an den Schaltkontakt 249 angelegt wird. Line Leitung 255 verbindet den Schaltkontakt 249 mit einem Schaltkreis 260, der die Komponenten gemäß Figur 6 trägt. Insbesondere ist die Leitung 255 in Figur 7 mit dem Schaltungspunkt in Figur 6 verbunden, so daß das positive Potential an die Leitung 36 in Figur6 angelegt wird.

Die Detektoren a-|, &2ι b- und i>2 gemäß Figur 6 sind in Figur 7

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an der Oberfläche des Chips 260 dargestellt, wobei sie in Paaren unmittelbar hinter einem Paar kleiner Linsen 262-und 264 angeordnet sind.Aufgrund dieser Anordnung verläuft die Strahlung von der betrachteten Szene über die Fokus linse 200 und die kleinen Linsen 262 und 264₍ um die anhand der Figuren 1 und 2 erläuterten Strahlungsvertexlungsmuster auf den Detektoren a,, , a₂, b.. und b zu erzeugen, hierdurch werden die gewünschten Signale gebildet, wie sie von dem Schaltkreis gemäß Figur 6 verwendet werden. Der Schaltkreis gemäß Figur 6 bildet einen Teil des Schaltkreischips 260 in Figur 7 und das auf der Leitung 134 in Figur 6 auftretende Ausgangssignal erscheint in Figur 7 auf einer Leitung 134, die von dem Schaltkreischip 260 zu der Spule 136 führt. Die Spule 136 besitzt einen Stößel 282, der sich in aie Nähe der Stopglieder 206 bis 210 erstreckt und der sich in Auhängigkeit von dem Erregungszustand der Spule 136 nach oben oder unten bewegt. Insbesondere ist die Spule 136 aktiviert und der Stößel 282 befindet sich in der oberen von den Anschlaggliedern 206 bis 210 zurückgezogenen Stellung, wenn das Signal auf der Leitung 134 in Figur 6 einen positiven Wert besitzt. Wenn das Signal den Nulldurchgangspunkt erreicht und in den negativen leil der Kurve gemäß Figur 3 übergeht, so besitzt das Ausgangssignal auf der Leitung 134 in Figur 6 den Wert Null oder einen negativen Wert und die Spule 136 ist nicht aktiviert, worauf der Scdßel 282 nach unten fällt und in Berührung mit einem der Anschlagglieder 206 bis 210 gelangt. Hierdurch wird die Bewegung der Stange 205 im Nulldurchgang gestoppt,und die Linsen 200 und 201 werden bei ihrer Bewegung nach links in der richtigen Scharfeinstellung festgehalten.

bei einer weiteren Bewegung der Schablone 230 nach unten aufgrund der Betätigung des Auslöseknopfes 220 befindet sich der Kurvenabtaster 212 nicht länger in Kontakt mit der geneigten Oberfläche 232, da der Stößel 282 eine Bewegung der Stange 205 und der Linsen 200 und 2G1 verhindert. Wenn die Bedienungsperson weiter-

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nin den /iusiöseknopf 220 nacii unten drückt, gelangt ein Endanschlag 236 der Scnablone 230 mit einem Betätigungsglied 300 in Eingriff,das nach oben durch eine relativ starke Feder 302 vorgespannt ist, wobei sich die Feder an einer Kamerafläche abstützt. Die Bedienungsperson spürt den Widerstand der starken Feder 302 und sie kann dementsprechend in diesem Zeitpunkt die camera bewegen₍. um das Bild zusammenzustellen, bevor der Film belichtet wird. Wänrend dieser Zeit verbleiben die Linsen 200 und 201 in der richtigen Scharfeinstellung, da die Stange 205 durch den Stößel 282 der Spule 136 an Ort und Stelle gehalten wird. Der erhönte Bewegungsv/iderstand sagt der Bedienungsperson, daß die Objektivlinseder Kamera sich in der Scharfeinstellung be finde-c, so daß er mit der Bildaufnahme fortfahren kann. Wenn er die Bildaufnahme abzubrechen wünscht, kann er den Auslöseknopf 220 freigeben, wodurch die Schaolone 230 sich nach oben bewegt, bis das V-förmige Glied 242 auf dem Schaltarm 240 in den abgesetzten Teil 235 der Schablone 230 eingreift, wodurch das System abgeschaltet wird. Gleichzeitig wird der Stößel außer kontakt mit den Anschlägen 206 bis 210 gebracht und die Feder 215 bringt die Stange 205 und die Linse 200 und 201 zurück in die Unendlichstellung. Wenn andererseits die Bedienungsperson den FotografierVorgang fortsetzen will, so drückt sie den /iuslöseknopf weiter nach unten,um die Kraft der Feder 3C2 zu überwinden, wobei das Betätigungsglied 300 in Berührung mit einem Verschluss-Freigabearm 310 der Kamera gelangt, der über eine mechanische Verbindung 312 einen Verschluss 315 betätigt. Auf diese Weise gelangt Strahlung von der aufzunehmenden Szene durch die Objektivlinse 201 in die Kamera und trifft auf den Film auf / um diesen entsprechend zu belichten. Der Verschluss-Freigabemechanismus 310, 312 und 315 kann herkömmlicher Art sein.

Nachdem das Bild aufgenommen worden ist, wird durch Loslassen des Auslöseknopfes 220 der Schablone 230 eine. Bewegung nach oben gestattet, wodurch das System von der Spannung abgetrennt wird,

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wenn der V-förmige leil 2 42 des Schaltarmes 24C in den abgesetzten 'x'eil 23b der Schablone 230 eintritt. Lrneut nehmen hierbei die Stange 205 und die Linsen 200 und 2C1 die Unendlichstellung ein, um für die nächste Bildaufnahiue bereit zu sein.

Gewünscntenfalls kann anstelle der Anschlagglieder206 bis 210 ein Magnet auf aer Stange 205 angeordnet werden, der das Anhalten der Linsen 2u0 und 201 bewirkt, wenn die Spule 136 im huliaurchgang aktiviert wird. Andere alternative Möglichkeiten zum Anhalten der Stange 205 liegen dem Fachmann auf der Hand.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Linsen 200 und 201 direkt miteinander verbunden und jede Linse bewegt sich um aen gleicnen Betrag bei einer Bewegung der Stange 205. In diesem Fall müssen die Brennweiten der beiden Linsen übereinstimmen, so daß aie 'wirkung der Fokus linse 200 im Hinblick auf die selüstfokussierenden Detektoren a₁ , a₂r b-i und 'O^ die gleiche wie die der Linse 201 im Hinblick auf den Film 320 ist. Gewünscntenfalls kann eine Getriebeübersetzung zwischen den Linsen 201 und 200 vorgesehen werden, so daß unterschiedliche Bewegungen zwischen den Linsen 200 und 201 auftreten um die geeignete Fokussierstellung zu erzielen, wobei jedoch in diesem Fall Linsen mit unterschiedlicher Brennweite Anwendung finden.

Das zuvor bescnriebene System arbeitet zufriedenstellend, um die Oojektivlinse einer Kamera in der gewünschten Scharfeinstellung in einer Vielzahl von Fällen zu positionieren, wobei jedoch Dei der Verwendung einer kleinen Anzahl von Detektoren eine Schwierigkeit auftreten kann, die darin besteht, daß die Kurve gemäß Figur 3 ihr Vorzeichen umkehrt und von einem negativen Wert in der Unendlichstellung zu einem positiven Wert in der Nahstellung verläuft. Vermutlich geschieht dies,wenn die Detektoren einen Spitzenwert des Strahlungsverteilungsmusters eingrenzen. Beispielsweise zeigt Figur 4 eine Darstellung ähnlich

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wie Figur 2, wobei jedoch ein Spitzenwert 3yO der Kurve 10' zwiscaen den beiden Detektoranordnungen liegt. Beispielsweise ist ersichtlich, daß die Detektoren 12a und 14a in Figur 4 auf gegenüberliegenden Seiten und um annähernd gleiche Beträge von dem Spitzenwert 390 wegliegen. Obgleich dieses Phänomen nocn nicht sorgfältig untersucht worden ist, scheint in diesen Fällen gemäß der (jleicnung (2) ein Ausgangssignal erzeugt zu werden, das gemäß Figur 5 einen umgekehrten Verlauf aufweist. Gemäß Figur 5 verläuft eine Kurve 16' von einem negativen Wert in aer linken Hälfte durch einen Nullpunkt 18' zu einem positiven Wert in der rechten Hälfte. Wenn dies geschieht, so wird die Spule 136 in Figur 6 ein negatives Signal zugeführt erhalten, sobald die Einrichtung ihren Betrieb startet und die Linsen 200 und 201 werden in der Unendlichstellung festgehalten. Während dies ganz allgemein ein unerwunschterLffekt darstellt, ergibt sich doch nicht die befürchtete schlechte Funktion, da das Problem nur selten auftritt und für den Fall,daß es auftritt die Linsen in der Unendlichstellung positioniert sind, so daß aas System ähnlich wie eine laschenkamera arbeitet, bei der die meisten Aufnahmen ohnehin befriedigend sind. Zur weiteren Verbesserung kann der Mechanismus gemäß Figur 7 geringfügig abgeändert werden, so daß das erste Stopglied 206 anstelle der Unendlichstellung einer geringeren Entfernung zugeordnet wird, wodurch sich ein größerer Bereich befriedigender Scharfeinstellung ergibt. Der Anschlag 206 kann entsprechend der Brennweite der Objektivlinse beweglich auf der Stange 205 angeordnet werden, wodurch eine weitere Anpassung an den unterschiedlichen Kameratyp erzielt wird. Wenn somit der im Zusammenhang mit Figur 5 beschriebene Fall auftritt, so halten die Spule 136 und der Stößel 282 die Linse 201 für alle Brennweiten in der hyperfokalen Stellung fest. Da in Figur 5 ebenfalls die umgekehrte Ausgangskurve 1b¹ einen Nulldurchgangpunkt 18' aufweist; in welchem die korrekte Scharfeinstellung vorliegt, kann ein Kulldurchgangssensor verwendet werden, so daß der Stößel 282 immer dann aktiviert wird, wenn ein Kulldurchgang auftritt. Dies

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ist dann davon unabhängig, ob der Nulldurchgang vom positiven zum negativen oder vom negativen zum positiven Wert erreicht wird. Im letzteren Fall ergibt sich für beide Fälle die richtige Fokussierung. Alternativ könnten,um die Wanrscheinlichkeit des Auftretens eines umgekenrten Ausgangssignales zu verhindern, zwei getrennte Systeme verwendet werden, wobei jeaes gemäß Figur aufzubauen wäre und zwei Gruppen von vier Detektoren auf dem Schaltkreischip 26ü anzuordnen wären. Zusätzlich müssen sodann zwei kleine Linsen entsprechend den Linsen 260 und 262 angeordnet v/erden. Wenn zwei solche Systeme verwendet werden, so können die Signale der Ausgangsverstärker der Systeme in einem Schaltkreis gemäß Figur 8 aufsummiert werden, wobei der Ausgangsverstärker 132 gemäß Figur 6 dargestellt ist und ein zusätzlicher Ausyangsverstärker 132¹ das Ausgangssignal eines v/eiteren zusätzlichen Scnaltkreises ausgibt. Die Ausgangssignale dieser oaiden Verstärker, welche auf Leitungen 134 und 134' auftreten, werJän über zwei Widerstände 400 und 401 einem Schaltungspunkt 402 zugeführt, der über eine Leitung 405 an einen Summierverstärker 407 angeschlossen ist. Der Verstärker 407 kann durch einen Operationsverstärker vorgegeben sein, dessen Ausgang über einen Widerstand 412 mit dem Eingang verbunden ist, wodurch er als Summierer arbeitet. Da summierte Ausgangssignal auf einer Leitung 410 wird sodann der Spule 136 in Figur 6 zugeführt, wobei die weitere Operation unbeeinflußt bleibt. Durch Summierung der Ausgangssignale zweier getrennter Schaltkreise in der im Zusammenhang mit Figur 8 beschriebenen Weise wird die Wahrscheinlichkeit, daß die Detektoren in beiden Fällen den Spitzenwert eines Lichtverteilungsmusters zwischen sich einschließen, stark vermindert, wenn nicht gar ausgeschlossen.

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Claims

HONEYWELL INC. 14.Oktober 1980 Honeywell Plaza 1008122 Ge Minneapolis, Minn., USA Hz/umw Entfernungsineßeinrichtung Patentansprüche:

1. Entfernungsmeßeinrichtung für ein optisches System mit einer ersten entlang einer ersten Achse in eine erste Stellung beweglichen Linsenanordnung, wobei ein Bild eines entfernten Objektes in einer vorgegebenen Ebene scharf abgebildet wird, und mit einer mit der ersten Linsenanordnung beweglich gekoppelten zweiten Linsenanordnung, die entlang einer zweiten zu der ersten Achse parallelen und gegenüber dieser versetzt angeordneten Achse verschiebbar ist und ebenfalls Strahlung von dem Objekt überträgt, gekennzeichnet durch eine dritte Linsenanordnung, die von der zweiten Linsenanordnung übertragene Strahlung empfängt und erste und zweite Bilder der Austrittspupille der zweiten Linsenanordnung entwirft;

erste und zweite Strahlungsdetektoranordnungen zum Empfang des ersten Bildes der Äustrittspupille der zweiten Linsenanordnung und zur Erzeugung von entsprechenden Ausgangssignalen, wobei diese Ausgangssignale im wesentlichen einander gleich sind, wenn sich die erste Linsenanordnung in der ersten Stellung befindet, und wobei diese Ausgangssignale normalerweise voneinander abweichen, wenn sich die erste Linsenanordnung auf irgendeiner Seite der ersten Stellung befindet;
dritte und vierte Strahlungsdetektoranordnungen zum Empfang

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des zweiten Bildes der Austrittspupille der zweiten Linsenanordnung und zur Erzeugung von entsprechenden Ausgangssignalen, wobei diese Ausgangssignale im wesentlichen einander gleich sind, wenn sich die erste Linsenanordnung in der ersten Stellung befindet, und wobei diese Ausgangsignale normalerweise voneinander abweichen, wenn sich die erste Linsenanordnung auf der jeweils anderen Seite der ersten Stellung befindet; und eine an die ersten bis vierten Strahlungsdetektoranordnungen angeschlossene Signalempfangseinrichtung, die aufgrund der empfangenen Ausgangssignale ein resultierendes Ausgangssignal erzeugt, welches anzeigt, ob die erste Linsenanordnung bewegt werden muß, um die erste Stellung einzunehmen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalempfangseinrichtung logarithmierende Schaltungsmittel· aufweist, um die Ausgangsignale der ersten bis vierten Detektoranordnungen in logarithmische Signale umzuwandeln und Intensitätsänderungen der von dem Objekt empfangenen Strahlung zu kompensieren.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das resultierende Ausgangssignal· der Signaiempfangseinrichtung dem Differenzwert zwischen dem Logarithmus des ersten Signaies weniger dem Logarithmus des vierten Signaies und dem Logarithmus des zweiten Signaies weniger dem Logarithmus des dritten Signaies entspricht.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an die Signalempfangseinrichtung angeschlossene Antriebseinrichtung, die das resümierende Signal zugeführt erhält und die erste Linsenanordnung in Richtung auf die erste SteMung antreibt.

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5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung ein erstes mit der ersten und zweiten Linsenanordnung Verbundes Glied und einen Kurvenabtaster aufweist;

daß eine mit dem Abtaster zusammenwirkende bewegliche Schablone zum Antrieb des ersten Gliedes vorgesehen ist; und daß in Nachbarschaft des ersten Gliedes ein Stopglied angeordnet ist, dem das resultierende Ausgangssignal zugeführt wird und das das erste Glied anhält, wenn sich die erste Linsenanordnung in der Nähe der ersten Stellung befindet*

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Glied normalerweise so positioniert ist, daß die erste Linsenanordnung das Bild eines Objektes mit unendlicher Entfernung scharf in der vorgegebenen Ebene abbildet, daß durch Bewegung der Schablone die erste Linsenanordnung durch das erste Glied in eine Richtung bewegt wird, in der näherliegende Objekte scharf abgebildet werden, und daß bei einer Anzeige der Erreichung der ersten Stellung durch das resultierende Atisgangssignal durch das Stopglied eine weitere Bewegung des ersten Gliedes verhindert wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Zuordnung zu einer Kamera mit einem Verschlussmechanismus, wobei die erste Linsenanordnung der Objektivlinse und die vorgegebene Ebene der Filmebene entspricht und wobei der Verschlussmechanismus durch die Schablone betätigt wird, nachdem die Objektlinse die erste Stellung erreicht hat.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen der zweiten und ersten Linsenanordnung eine Übersetzung aufweist, um die

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zweite Linsenanordnung gegenüber der ersten Linsenanordnung um einen unterschiedlichen Betrag zu bewegen.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweiten der ersten und zweiten Linsenanordnung sich um den gleichen unterschiedlichen Betrag unterscheiden.

10. Automatische Fokussiereinrichtung für eine Kamera mit einer Filmebene und einer Objektivlinse, die entlang einer ersten Achse beweglich ist und Strahlung von einer ein Objekt enthaltenden Szene zur Scharfabbildung auf die Filmebene wirft, gekennzeichnet durch, eine wenigstens einen beweglichen Teil aufweisende Fokussier-Linsenanordnung, wobei der bewegliche Teil mit der Objektivlinse entlang einer zweiten Achse parallel-aber versetzt-'zu der ersten Achse beweglich ist und erste und zweite Strahlungsmuster der Szene erzeugt;

erste bis vierte Strahlungsdetektoren, die in den ersten und zweiten Strahlungsmustern in ersten und zweiten Positionen angeordnet sind und erste bis vierte Signale erzeugen; und eine an die ersten bis vierten Signale angeschlossene Signalempfangseinrichtung zur Erzeugung eines resultierenden Signales entsprechend dem Absolutwert der Differenz zwischen dem Logarithmus des ersten Signales und dem Logarithmus des vierten Signales minus dem Absolutwert der Differenz 'zwischen dem Logarithmus des zweiten Signales und dem Logarithmus des dritten Signales,wobei das resultierende Signal die Verschieberichtung der Objektivlinse anzeigt.

11.Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten bis vierten Strahlungsdetektoren aus Fotodioden bestehen.

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12. Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine an die Signaleippfangseinrichtung angeschlossene Antriebseinrichtung, der das resultierende Signal zugeführt wird und die die Objektivlinse in die fokussierende erste Stellung bewegt.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, wobei die Kamera einen Auslöser aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung umfaßt:

ein an das resultierende Signal angeschlossenes Betätigungsglied, das sich in einem ersten Zustand befindet, wenn das resultierende Signal eine Verschiebung der Objektivlinse erfordert und das sich in einem zweiten Zustand befindet, wenn das resultierende Signal eine Fixierung derObjektivlinse erfordert ;

ein erstes mit der Objektivlinse und der Fokussierlinse verbundenes Glied, um beide Linsen durch das Glied zu bewegen; ein zweites mit dem Auslöser Verbundes und mit diesem bewegliches Glied, das normalerweise mit dem ersten Glied in Antriebsverbindung steht, so daß die Bewegung des Auslösers normalerweise von einer Bewegung des ersten Gliedes begleitet wird; und

mit dem Betätigungsglied und dem ersten Glied zusammenwirkende Mittel, um die Bewegung des ersten Gliedes anzuhalten, wenn das Betätigungsglied den zweiten Zustand einnimmt, so daß das erste Glied nicht weiter an der Bewegung des zweiten Gliedes teilnimmt.

14.Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Glied nach dem Anhalten des ersten Gliedes mit dem Verschlussmechanismus zusammenwirkt .

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