DE19710722A1 - Automatische Fokussiereinrichtung für ein telefotografisches System - Google Patents
Automatische Fokussiereinrichtung für ein telefotografisches SystemInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine automatische Fokussiereinrich
tung, die sich für ein automatisches Nivelliergerät, einen
Theodoliten, ein Durchgangsinstrument usw. eignet, das mit
einem telefotografischen System ausgerüstet ist.
Ein Vermessungsinstrument wie z. B. ein automatisches Nivel
liergerät, ein Theodolit oder ein Durchgangsinstrument usw.
ist grundsätzlich mit einem Kollimationsteleskop, einer Ni
velliervorrichtung und Skalen zum Messen eines Drehwinkels
oder eines Elevationswinkels ausgerüstet. Das Vermessungsin
strument wird horizontal aufgebaut und in horizontaler und
vertikaler Richtung eingestellt, so daß der Benutzer einen
Kollimationspunkt oder ein Objekt durch das Kollimationstele
skop beobachten kann.
Ein typisches Vermessungsinstrument mit einem Kollimations
teleskop enthält, von der Objektseite her gesehen, ein Objek
tiv, eine Fokussierlinse und ein Okular. Die Position der Fo
kussierlinse wird auf die Objektentfernung eingestellt, so
daß ein Objektbild auf einer Fokussierplatte (Strichplatte)
erzeugt werden kann. Der Benutzer kann das auf der Strich
platte erscheinende Bild über das Okular betrachten.
Ist der Entfernungsbereich z. B. 1 m bis Unendlich (dieser Be
reich ist sehr groß, verglichen mit einem Teleskop oder einem
Fernglas), und ist die Fokussierlinse eine konkave Linse, so
ist deren Bewegungslänge etwa 30 mm. Die Fokussierlinse wird
normalerweise mit einem Drehknopf betätigt. Ist der Bewe
gungsbereich des Objektbildes, nämlich der Bewegungsbereich
der Fokussierlinse kleiner als der Drehwinkel des Drehknop
fes, so wird der Bewegungsbetrag des Objektbildes kleiner als
der Drehwinkel, jedoch dauert es lange, eine solche Fokus
sierlinse zu bewegen. Ist der Bewegungsbereich des Objektbil
des relativ zum Drehwinkel des Drehknopfes größer einge
stellt, so wird der Bewegungsbetrag des Objektbildes zu groß,
verglichen mit dem Drehwinkel, wobei dann Schwierigkeiten bei
der Einstellung des Objektbildes auf der Strichplatte auftre
ten.
Bei einer großen Objektentfernung bewegt sich das Objektbild
um einen großen Betrag vorwärts und rückwärts bei nur gering
fügiger Bewegung des Drehknopfes. Bei relativ geringer Ob
jektentfernung wird der Bewegungsbetrag des Objektbildes
kleiner, verglichen mit dem Drehbetrag des Drehknopfes, so
daß dieser zum Bewegen des Objektbildes relativ zur Strich
platte mehr gedreht werden muß. In diesem Fall ist es schwie
rig, eine vordere oder eine hintere Fokuslage zu bestimmen,
so daß der Benutzer den Drehknopf in der falschen Richtung
dreht, in der der Scharfstellpunkt nicht erreicht wird. In
jedem Falle hat also ein konventionelles automatisches Ni
velliergerät das Problem der langsamen Fokussierung.
Dieses Problem kann mit einem Vermessungsinstrument vermieden
werden, bei dem ein sogenanntes passives automatisches Fokus
siergerät vorgesehen ist. Bekanntlich wird die Fokussierung
des automatischen Fokussiergeräts durchgeführt, indem zuerst
die optische Weglänge des optischen Systems des Kollimations
teleskops geteilt und dann eine Defokussierung längs der ge
teilten optischen Weglänge erfaßt wird aus dem an derselben
Stelle wie die Fokussierplatte fokussierten Objektbild.
Es ist jedoch normalerweise ein Meßstab als anzuvisierendes
Objekt in der Mitte des Sichtfeldes auf der vertikalen Linie
eines Fadenkreuzes nötig, dessen Bild auf der Fokussierplatte
mit zunehmender Entfernung kleiner wird. Daher können die
konventionellen Vermessungsinstrumente eine Defokussierung
bezüglich eines im Bereich des Meßstabes vorhandenen Objekts
erfassen, so daß dann der Meßstab nicht fokussiert wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine automatische Fokussierein
richtung für ein Vermessungsinstrument anzugeben, mit der die
Fokussierung genau und unabhängig von der Objektgröße, der
Objekthelligkeit oder dem Objektkontrast ausgeführt werden
kann.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Pa
tentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand
der Unteransprüche.
Bei einer Fokussiereinrichtung nach der Erfindung sind meh
rere Monitorsensoren neben dem Liniensensor angeordnet, der
aus dem telefotografischen System das Objektbild empfängt,
und eine Fokuserfassungsvorrichtung steuert die Lichtaufnah
mezeit des Liniensensors durch alle Monitorsensoren. Außerdem
erfaßt sie den Fokussierungszustand aus den Ausgangssignalen
der Lichtaufnahmeelemente. Wird kein effektiver Fokussie
rungszustand erfaßt, so wird die Lichtaufnahmezeit des Lini
ensensors durch die Monitorsensoren nur in dem zentralen Be
reich gesteuert. Daher wird die am besten geeignete Lichtauf
nahmezeit des Liniensensors aus einem in der Mitte des Ob
jektbildes liegenden Erfassungsbereich gesteuert, wodurch ei
ne genaue Fokussierung des Objektbildes möglich ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher
erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 das Blockdiagramm der Haupteinheiten eines automa
tischen Nivelliergeräts, bei dem die Erfindung ein
gesetzt wird,
Fig. 2 die schematische Draufsicht eines AF-Sensors in ei
nem automatischen Nivelliergerät,
Fig. 3 die schematische Darstellung eines Referenz-CCD-
Sensors,
Fig. 4 das Zeitdiagramm einer Integration in dem AF-Sensor
mit einer Normalintegration A und einer Integration
B bei Auswahl eines Zentralmonitors,
Fig. 5 die schematische Darstellung eines Meßstabes in Be
zug auf einen Teil zum Erfassen eines Scharfstell
punktes, betrachtet in dem Sichtfeld bei einer Ob
jektentfernung von 5 m,
Fig. 6 die Anordnung nach Fig. 5, betrachtet bei einer Ob
jektentfernung von 10 m,
Fig. 7 die Anordnung nach Fig. 5, betrachtet bei einer Ob
jektentfernung von 20 m,
Fig. 8 die Anordnung nach Fig. 5, betrachtet bei einer Ob
jektentfernung von 30 m,
Fig. 9 die Anordnung nach Fig. 5, betrachtet bei einer Ob
jektentfernung von 50 m,
Fig. 10 das Flußdiagramm eines Teils des Betriebsablaufs
der automatischen Fokussierung in einem automati
schen Nivelliergerät,
Fig. 11 einen weiteren Teil des Betriebsablaufs,
Fig. 12 einen weiteren Teil des Betriebsablaufs,
Fig. 13 einen weiteren Teil des Betriebsablaufs,
Fig. 14 einen weiteren Teil des Betriebsablaufs,
Fig. 15 das Flußdiagramm einer Defokusberechnung bei der
automatischen Fokussierung,
Fig. 16 das Flußdiagramm einer Prüfung der Auswahl eines
Erfassungsbereichs bei der automatischen Fokussie
rung, und
Fig. 17 das Flußdiagramm einer Integrationsstartoperation
bei der automatischen Fokussierung.
Fig. 1 zeigt eine automatische Fokussiereinrichtung als Aus
führungsbeispiel der Erfindung. Ein automatisches Nivellier
gerät 10 besteht aus einem Kollimationsobjektiv mit einer
Linsengruppe 11 positiver Brechkraft, einer Fokussierlinsen
gruppe 12 negativer Brechkraft, einem optischen horizontalen
Kompensationssystems 13, einer Fokussierplatte 14 (die eine
Scharfstellebene definiert) und einem Okular 15 positiver
Brechkraft. Diese Einheiten sind in dieser Reihenfolge von
der Objektseite (in Fig. 1 links) her gesehen angeordnet.
Das optische horizontale Kompensationssystem 13 ist an sich
bekannt und enthält ein erstes Kompensationsprisma 13a, einen
Kompensationsspiegel 13b und ein zweites Kompensationsprisma
13C. Es ist symmetrisch aufgebaut und mit einer Kette (nicht
dargestellt) an einem Träger aufgehängt. Der zwischen dem
Kompensationsspiegel 13b und dem ersten Kompensationsprisma
13a gebildete Winkel stimmt mit dem zwischen dem Kompensati
onsspiegel 13b und dem zweiten Kompensationsprisma 13c ge
bildeten Winkel (absolut) überein, jedoch haben beide Winkel
entgegengesetzte Richtung. Der Winkel von z. B. 30° ändert
sich abhängig von der Länge der Kette usw. Wird das optische
horizontale Kompensationssystem 13 so eingestellt, daß die
optischen Achsen des Objektivs 11 und der Fokussierlinsen
gruppe 12 weitgehend parallel sind (z. B. mit ca. 10 bis 15
Minuten gegenüber der horizontalen Achse geneigt), so wird
auf das erste Kompensationsprisma 13a fallendes Licht von der
horizontalen Richtung um denselben Betrag abgelenkt, jedoch
wird das reflektierte und von dem ersten Kompensationsprisma
13a, dem Kompensationsspiegel 13b und dem zweiten Kompensati
onsprisma 13c abgegebene Licht weitgehend kollimiert.
Die Fokussierlinsengruppe 12 hat zur Bewegung eine Zahnstange
12a, in die ein Ritzel 12b eingreift. Wird dieses gedreht, um
die Fokussierlinsengruppe 12 in Richtung der optischen Achse
zu bewegen, so wird ein Objektbild (des Meßstabes) 9 mit der
Objektivlinsengruppe 11 und der Fokussierlinsengruppe 12
längs der optischen Achse übertragen. Der Benutzer betrachtet
des Objektbild auf der Fokussierplatte 14 zusammen mit der
Strichmarkierung bzw. einem Fadenkreuz über das Okular 15.
Ein Strahlenteiler (halbdurchlässiger Spiegel) 18 ist im
Lichtweg zwischen der Objektivlinsengruppe 11 und der Fokus
sierplatte 14 angeordnet, um das Licht bzw. den Lichtweg auf
zuteilen. Ein Fokuserfassungssystem (Fokusdetektor) 20 ist in
dem abgeteilten Lichtweg angeordnet und erfaßt den Fokussier
zustand des erzeugten Bildes in einer Ebene 14a, die der
Ebene der Fokussierplatte 14 optisch äquivalent ist. Die Fo
kussierlinse 12 wird mit einer Steuerung entsprechend dem
Ausgangssignal des Fokussierdetektors 20 angesteuert.
Der Fokussierdetektor 20 enthält einen AF-Sensor 21 nahe der
äquivalenten Ebene 14A, so daß der Defokusbetrag mit dem Aus
gangssignal des AF-Sensors 21 erfaßt werden kann. Bei dem in
Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein AF-Sensor 21
des Phasendifferenztyps verwendet, bei dem das Objektbild in
der äquivalenten Ebene 14A mit einer Kondensorlinse 21a und
zwei Teilungslinsen 21b, die einen mit der Basislänge identi
schen Abstand haben, geteilt und auf zwei CCD-Liniensensoren
21c wieder abgebildet. Die Position des auf den CCD-Linien
sensoren 21c erscheinenden Objektbildes ändert sich abhängig
von den Scharfstellpunkten des Objekts 9, nämlich abhängig
von der Position, wenn das Objektbild 9 genau in der äquiva
lenten Ebene 14A genau erzeugt wird (fokussiert ist), von der
Position vor der äquivalenten Ebene 14A (vordere Fokuslage)
oder von der Position hinter der äquivalenten Ebene 14A
(hintere Fokuslage). Der Betrag der Abweichung von dem
Scharfstellpunkt (Defokusbetrag) kann aus der Position eines
Objektbildes auf den beiden CCD-Liniensensoren 21c ermittelt
werden.
Wie Fig. 3 zeigt, bestehen die CCD-Liniensensoren 21c jeweils
aus einer Anzahl fotoelektrischer Wandler (Lichtaufnahmeele
mente), die das empfangene Objektbild in elektrische Ladungen
umwandeln, welche integriert (angesammelt) werden. Die inte
grierten Ladungen werden nacheinander als AF-Sensordaten
ausgegeben.
Die beiden CCD-Liniensensoren 21c sind bezüglich der Strich
platte bzw. der Fokussierplatte 14 so angeordnet, daß die
Kollimationsachse (vertikale Linie V) der Strichplatte in der
Mitte (konstruktive Mitte) angeordnet ist, parallel zur hori
zontalen Linie h, und daß die horizontale Linie der Strich
platte in der Mitte der Linie h liegt. Wenn der Benutzer ei
nen Meßstab 9 betrachtet, so erscheint dessen Bild senkrecht
zu den CCD-Liniensensoren 21c (siehe Fig. 5 bis 9). Bei einer
solchen Anordnung fällt die Richtung des Meßstabes 9 nicht
mit derjenigen der CCD-Liniensensoren 21c zusammen, und daher
kann die Kontur (Form der beiden Seiten) des Meßstabes 9 er
faßt werden, was die automatische Fokussierung erleichtert.
Das automatische Nivelliergerät 10 definiert den Teil des
CCD-Liniensensors 21c, der zur automatischen Fokussierung
verwendet wird, als einen Gesamt-Erfassungsbereich Z mit vier
Erfassungsbereichen Z1, Z2, Z3 und Z4, die symmetrisch zur
Mittellinie (vertikale Linie V) angeordnet sind. Der Er
fassungsbereich Z ist mechanisch oder optisch nicht unter
teilt, nutzt jedoch Teile aus Pixeln, die die AF-Sensordaten
ausgeben, welche in der Berechnung zum Erfassen des Scharf
stellpunktes verwendet werden.
Ein Monitorsensor 21d ist nahe dem CCD-Liniensensor 21c ange
ordnet und steuert die Integrationszeit abhängig von der Hel
ligkeit des Objektbildes. Der Monitorsensor 21d hat drei Mo
nitorsensoren M1, M2, und M3.
Fig. 4 zeigt Beispiele einer Änderung der Integrationszeit
abhängig von einer Auswahl der Monitorsensoren M1, M2 und M3.
Fig. 4A ist ein Zeitdiagramm bei Benutzung aller Monitorsen
soren M1, M2 und M3, während Fig. 4B ein Zeitdiagramm bei Be
nutzung nur des zentralen Monitorsensors M2 ist. Das Aus
gangssignal des Monitorsensors wird einem nicht dargestellten
Operationsverstärker über dessen invertierenden Eingang zuge
führt, während der nicht invertierende Eingang einen Refe
renz-AGC-Pegel erhält (AGC = automatische Verstärkungsrege
lung). Da der Ausgangspegel des Monitorsensors über der Zeit
abfällt, endet die Integration, wenn der Ausgangspegel unter
den AGC-Pegel fällt.
Bei der Erfindung wird das hellste Bild in dem Monitorsensor
M1 und das dunkelste Bild in dem Monitorsensor M2 erfaßt.
Wird die Integrationszeit durch das Ausgangssignal des Moni
torsensors M1 gesteuert, so endet sie zum Zeitpunkt t1. Zu
diesem Zeitpunkt wird der geeignete Integrationswert aus dem
Erfassungsbereich erhalten, der dem Monitorsensor M1 ent
spricht, jedoch gibt es Fälle, in denen der für den zentralen
Erfassungsbereich, der dem Monitorsensor M2 entspricht, er
haltene Integrationswert zu klein ist.
Wird die Integrationszeit durch das Ausgangssignal des zen
tralen Monitorsensors M2 gesteuert, so verlängert sich die
Integration bis zum Zeitpunkt t2 nach dem Zeitpunkt t1. Zum
Zeitpunkt t2 wird der geeignete Integrationswert aus demje
nigen mittleren Erfassungsbereich erhalten, der dem Monitor
sensor M2 entspricht, jedoch gibt es Fälle, daß in dem Erfas
sungsbereich, der dem Monitorsensor M1 entspricht, kein ge
eigneter Integrationswert erhalten wird, da der Integrati
onswert gesättigt ist. Bei der Erfindung werden daher alle
Monitorsensoren M1, M2 und M3 angewendet, wenn der maximale
Erfassungsbereich Z benutzt wird, und der zentrale Monitor
sensor M2 wird angewendet, wenn die zentralen Erfassungsbe
reiche Z1 bis Z4 benutzt werden. Dadurch wird ein geeigneter
Integrationswert aus dem gerade benutzten Erfassungsbereich
erhalten.
Die AF-Sensordaten, die von den CCD-Liniensensoren 21c abge
geben werden, durchlaufen einen Vorverstärker 22, bevor sie
der Rechen/Steuerschaltung 23 zugeführt werden. Diese berech
net den Defokusbetrag aus den AF-Sensordaten. In dem darge
stellten Ausführungsbeispiel wird zusätzlich zu dem Defokus
betrag die Bewegung eines AF-Motors 31 hinsichtlich Betrag
und Richtung für eine Bewegung der Fokussierlinse 12 bis zum
Verschwinden des Defokusbetrags gleichfalls aus dem Defokus
betrag berechnet. Diese Berechnung führt zu einer Anzahl Aus
gangsimpulse eines Codierers 33, die auch als AF-Impulse be
zeichnet werden.
Die Rechen/Steuerschaltung 23 steuert den AF-Motor 31 über
eine AF-Motortreiberschaltung 25 entsprechend der Drehrich
tung des AF-Motors 31 und der Zahl der AF-Impulse. Die Dre
hung des AF-Motors 33 wird auf das Ritzel 12b über eine Kupp
lung mit Untersetzung 32 übertragen, um die Fokussierlinsen
gruppe 12 zu bewegen (siehe Fig. 1).
Die Drehung des AF-Motors 31 wird mit der Rechen/Steuer
schaltung 23 entsprechend den von dem Codierer 33 abge
gebenen Impulsen erfaßt und gezählt. Der Lauf oder der Still
stand wird also entsprechend dem gezählten Wert und den zuvor
berechneten Impulszahlen gesteuert. Der Fokusdetektor 20 und
das Antriebssystem 30 der Fokussierlinsengruppe 12 bewegen
diese also in Richtung der optischen Achse abhängig von der
Objektentfernung, um die automatische Fokussierung durchzu
führen.
Der Fokusdetektor 20 hat einen AF-Startschalter 27, der zum
Start der automatischen Fokussierung betätigt wird, und einen
AF-Schalter 29, der den AF-Betrieb erfaßt (d. h. die Betriebs
art, die nicht die manuelle Scharfeinstellung ist). Der AF-
Startschalter 27 ist ein Drucktastenschalter, der geschlossen
wird, wenn er durch den Benutzer gedrückt wird, und der auto
matisch geöffnet wird, wenn die Druckkraft verschwindet. Die
Bewegung des AF-Schalters 29 ist mit der Bewegung eines
Scharfstellknopfes 16 in axialer Richtung synchronisiert. Der
AF-Schalter 29 ist bei automatischer Fokussierung, nämlich
bei Drücken des Fokussierknopfes 16, geöffnet.
Das Ritzel 12b wird bei der manuellen Fokussierung mit dem
Fokussierknopf 16 und bei automatischer Fokussierung mit dem
Fokusdetektor 20 und dem Antriebssystem 30 gedreht. Das auto
matische Nivelliergerät 10 ist nämlich so aufgebaut, daß zwi
schen automatischer Fokussierung und manueller Fokussierung
umgeschaltet werden kann.
Wird der Fokussierknopf 16, der einen Betriebsartschalter
darstellt, manuell in Richtung der optischen Achse bewegt, so
erreicht man den manuellen Betrieb. Wird er in der entgegen
gesetzten Richtung längs der optischen Achse bewegt, so er
hält man die automatische Fokussierung. Die Rechen/Steuer
schaltung 23 erfaßt, ob der Fokussierknopf 16 auf Auto
matikbetrieb geschaltet wurde, wenn der AF-Schalter 29 ge
schlossen wird.
Bei einem Vermessungsinstrument wie dem automatischen Nivel
liergerät 10, das die automatische Fokussierung mit dem auf
dem CCD-Liniensensor 21c erzeugten Objektbild durchführt, ist
bei geringer Entfernung des Meßstabes 9 (z. B. 5 m gemäß
Fig. 5) ein Entfernungsmeßfehler durch Hintergrundeinfluß un
wahrscheinlich, denn in dem Kollimationsfeld F des Kollima
tionsteleskops existiert ein großes Verhältnis des Meßstabes
9 zum Hintergrund.
In Fig. 5 ist a die Breite des Meßstabes 9 in der äquivalen
ten Ebene 14A (hier 3,3 mm), wenn die tatsächliche Breite 70
mm ist. Mit b ist die maximale Breite des Gesamt-Erfassungs
bereichs Z (4 mm), mit h eine horizontale Haarlinie und mit V
eine vertikale Haarlinie bezeichnet, deren jeweilige Dicke
0,003 mm ist. Der Gesamt-Erfassungsbereich Z selbst ist nicht
dargestellt, sondern die entsprechende Entfernungsmeßzonen
marke ist angedeutet.
Wenn die Objektentfernung des Meßstabes 9 größer als 5 m ist,
nämlich 10 m, 20 m, 30 m oder 50 m, so wird die Breite des
Meßstabes 9 im Kollimationsfeld F allmählich geringer, was
aus Fig. 6 bis 9 hervorgeht. Dort ist die Breite des Bildes c
(1,7 mm), d (0,8 mm), e (0,6 mm) und g (0,3 mm). Die maximale
Breite des Gesamt-Erfassungsbereichs Z des CCD-Liniensensors
21 bleibt erhalten, so daß also der Anteil des Hintergrund
teils im Kollimationsfeld allmählich zunimmt.
Die folgende Tabelle zeigt die Verhältnisse des Kollimations
feldes F zum CCD-Liniensensor 21c und der Bildgröße des Meß
stabes 9 auf der Fokussierplatte (Strichplatte) 14 für ver
schiedene Entfernungen des Meßstabes 9 zum Nivelliergerät 10,
wobei die Vergrößerung des Kollimationsteleskops mit der
Objektivlinsengruppe 11 und der Fokussierlinsengruppe 12 auf 24
eingestellt ist, der Durchmesser des Sichtfeldes eines Su
cherbildes auf der Fokussierplatte 14 etwa 6 mm beträgt, der
Lichtaufnahmeteil des CCD-Liniensensors 21c (maximaler Erfas
sungsbereich Z) etwa 4 mm ist, die synthetische Brennweite
der Objektivlinsengruppe 11 und der Fokussierlinsengruppe 12
etwa 240 mm ist, und der Meßstab 9 eine Breite von 70 mm hat.
Die Sichtfelder sind in Fig. 4 bis 8 dargestellt.
Wie die vorstehende Tabelle zeigt, wird das Verhältnis des
Meßstabes 9 zum maximalen Erfassungsbereich Z sehr klein,
wenn die Objektentfernung größer als 10 m ist. Mit größerer
Objektentfernung wird also der Anteil des Hintergrundes, näm
lich des Teils des Kollimationsfeldes F, der nicht durch den
Meßstab 9 eingenommen wird, größer. In diesem Fall ist es
wahrscheinlich, daß die Entfernungsmessung und die Fokussie
rung auf den Hintergrund erfolgt, was dazu führt, daß das
Bild des Meßstabes 9 nicht fokussiert wird oder daß die Fo
kussierung nicht ausführbar ist.
Deshalb hat das automatische Nivelliergerät 10 mehrere Erfas
sungsbereiche (in diesem Ausführungsbeispiel den Gesamt-Er
fassungsbereich Z und die Erfassungsbereiche Z1 bis Z4 ausge
hend von dem zentralen Erfassungsbereich Z1). Die Erfassungs
bereiche erfassen zuerst den Kontrast in dem maximalen Erfas
sungsbereich Z, und ergibt sich ein Kontrastwert, so wird die
Kontrasterfassung ausgehend von dem kleinsten, mittleren
Erfassungsbereich Z1 gestartet. Wird für den zentralen Erfas
sungsbereich Z1 kein effektiver Kontrastwert erfaßt, so wird
der nächste Erfassungsbereich Z2 gewählt, und diese Wahl wird
für die Erfassungsbereiche Z2, Z3 und Z4 fortgesetzt, bis ein
effektiver Kontrastwert erhalten wird. Der Defokusbetrag wird
dann unter Anwendung der AF-Sensordaten und des Erfas
sungsbereichs berechnet, für den der effektive Kontrastwert
erhalten wurde, und die Fokussierlinsengruppe 12 wird dann
entsprechend eingestellt. Wird kein effektiver Kontrastwert
in den Erfassungsbereichen Z1 bis Z4 erhalten, so erfolgt die
Scharfeinstellung mit AF-Daten des maximalen Erfassungsbe
reichs Z.
Durch Auswahl eines Erfassungsbereichs ist es also möglich,
den Scharfstellpunkt für den AF-Erfassungsteil festzustellen,
der der Breite des anvisierten Objekts entspricht, so daß un
genaue Entfernungsmessungen sowie eine Fokussierung des Hin
tergrundes des anvisierten Objekts vermieden werden.
Die automatische Fokussierung des automatischen Nivellierge
räts 10 wird im folgenden an Hand der Flußdiagramme in
Fig. 10 bis 17 erläutert. Die automatische Fokussierung er
folgt mit der Rechen/Steuerschaltung 23, wenn die Batterie
(nicht dargestellt) in das Nivelliergerät 10 eingesetzt wird.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird
die automatische Fokussierung bei geschlossenem AF-Start
schalter 27 fortgesetzt, auch wenn er dann geöffnet wird.
Wird die nicht dargestellte Batterie eingesetzt, so werden
bei Schritt S101 zunächst ein internes RAM sowie Einga
be/Ausgabeports usw. initialisiert, um in den Ausschaltebe
trieb zu kommen. Dann wird bei Schritt S101 keine Operation
durchgeführt, wenn die Batterie nicht herausgenommen und dann
wieder eingesetzt wird.
Die Ausschalteoperation entspricht einer Bereitschaftsopera
tion, bei der die Stromquelle abgeschaltet ist (außer der Re
chen/Steuerschaltung 23), während der AF-Schalter 27 geöffnet
ist, um auf dessen Betätigung zu warten. Wird der AF-Start
schalter 27 geschlossen, so wird die Stromquelle eingeschal
tet, um die Fokussieroperation auszuführen.
Bei der Ausschalteoperation wird ein Merker für die AF-Opera
tion freigegeben (auf Null gesetzt), so daß die Operation en
det (Schritt S111).
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gibt es mehrere
Merker, nämlich einen Fokussiermerker, der das Erreichen der
Fokussierung signalisiert, einen AFNG-Merker, der signali
siert, daß die automatische Fokussierung unmöglich ist, einen
Reintegrationsmerker, der eine Integration nach Erreichen der
Fokussierung signalisiert, einen Suche/Überlappungsmerker,
der unterscheidet, daß die Integration während der Bewegung
der Fokussierlinse 12 stattfindet, einen Defokus-OK-Merker,
der signalisiert, daß der effektive Defokusbetrag vorliegt,
einen Wahlmerker, der signalisiert, daß der AF-Erfassungsbe
reich gewählt ist, einen Monitorwahl-Anforderungsmerker und
einen Monitorwahlmerker, der die Wahl des Monitors anzeigt.
Ist die Rückstelloperation für die AF-Operation beendet, so
wird geprüft, ob der AF-Startschalter 27 geschlossen ist
(Schritt S113). Da der AF-Startschalter 27 im Anfangszustand
ohne Betätigung durch den Benutzer geöffnet ist, ist der AF-
Startschalter-Speicher nach Schritt S113 und S115 abgeschal
tet (AUS-Daten sind gespeichert). Dann wird bei Schritt S119
geprüft, ob die Stromquelle eingeschaltet ist. Da die Strom
quelle im Anfangszustand ausgeschaltet ist und keine Funkti
onseinheit gespeist wird, geht die Steuerung zu Schritt S113
zurück, und die Operationen der Schritte S113, S115 und S119
werden wiederholt.
Wird bei Schritt S113 das Betätigen des AF-Startschalters 27
festgestellt, so geht die Steuerung zu Schritt S117 um zu
prüfen, ob der AF-Startschalter-Speicher im Zustand EIN ist.
Ist er im Zustand AUS, geht die Steuerung zu Schritt S123, um
den AF-Startschalter-Speicher in den Zustand EIN zu bringen
(es werden EIN-Daten geschrieben). Danach wird die Steuerung
zur Ausschalteoperation zurückgeführt (Schritt S125), wenn
der AF-Schalter 29 im Zustand AUS ist, was die manuelle Fo
kussierung anzeigt. Ist der AF-Schalter 29 im Zustand EIN, so
wird die Stromquelle eingeschaltet, um die Schaltungseinhei
ten nacheinander zu speisen und die VDD-Schleifenoperation
durchzuführen (Schritte S125, S127).
Wird die Steuerung zur Ausschalteoperation zurückgeführt, so
wird der AF-Startschalter-Speicher in den Zustand EIN ge
bracht. Da der AF-Startschalter 27 eingeschaltet ist, geht
die Steuerung von den Schritten S111, S113, S117, S119 zu
Schritt S121, um die Stromversorgung zu unterbrechen und dann
auf das Schließen des AF-Startschalters 27 zu warten. Ist der
AF-Startschalter 27 ausgeschaltet, so geht die Steuerung von
Schritt S113 zu Schritt S115, um die AUS-Daten in den AF-
Startschalter-Speicher zu schreiben. Danach geht die Steue
rung von Schritt S119 zu Schritt S121, um die Stromversorgung
zu unterbrechen und dann auf das Betätigen des AF-Startschal
ters 27 zu warten.
In der VDD-Schleife wird die Fokussieroperation ausgeführt,
um eine fokussierten Zustand zu erreichen, während der Zu
stand das AF-Schalters 29 erfaßt wird. Ist die Fokussierung
nicht möglich, so wird die Steuerung zur Ausschalteoperation
zurückgeführt.
Wenn die Steuerung in die VDD-Schleife eintritt, so wird der
Zustand des AF-Schalters 29 nochmals eingegeben (Schritt
S125). Ist der AF-Schalter 29 geöffnet, was der manuellen
Scharfeinstellung entspricht, so wird die Steuerung zur Aus
schalteoperation zurückgeführt (Schritte S201, S203), und die
AF-Operation ist beendet. Die folgende Erläuterung setzt
voraus, daß der AF-Schalter 29 im Zustand EIN ist.
In diesem Zustand wird die AF-Operation (Fokussieroperation)
ausgeführt, um den Defokusbetrag zu erfassen und die Fokus
sierlinse 12 in eine Scharfstellposition abhängig von dem De
fokusbetrag zu bringen (Schritt S205). Während der AF-Opera
tion wird periodisch geprüft (Schritt S207), ob der AF-Start
schalter 29 im Zustand EIN ist. Bei der ersten Prüfung ist
der AF-Startschalter 27 üblicherweise im Zustand EIN, und da
her wird geprüft, ob der AF-Startschalter-Speicher im Zustand
EIN ist. Da er bei Schritt S123 in diesen Zustand gebracht
wurde, werden der Fokussiermerker und der AFNG-Merker bei den
Schritten S211, S213, S215 geprüft. Da der Fokussiermerker
und der AFNG-Merker beide freigegeben werden, wenn kein fo
kussierter Zustand oder die Möglichkeit der Fokussierung wäh
rend der AF-Operation festgestellt wird, geht die Steuerung
zu Schritt S201 zurück.
Die Operationen der Schritte S201, S203, S205, S207, S211,
S213 und S215 werden wiederholt, bis der Fokussiermerker oder
der AFNG-Merker auf 1 gesetzt wird. Ist der AF-Startschalter
27 während dieser Operation im Zustand AUS, so geht die
Steuerung von Schritt S207 zu Schritt S209, um die AUS-Daten
in dem AF-Startschalter-Speicher zu speichern, und geht von
Schritt S215 wiederholt zu Schritt S201.
Normalerweise wird die Fokussierlinse 12 während der AF-Ope
ration bei Schritt S205 in die Fokusposition gebracht. Daher
wird der Fokussiermerker auf 1 gesetzt, und die Steuerung
wird von Schritt S213 in die Ausschalteoperation zurückge
führt, womit die AF-Operation beendet ist. Ist die Fokussie
rung aus irgendeinem Grund unmöglich, beispielsweise bei Be
wegung des anvisierten Objekts oder bei zu geringer Hellig
keit oder einem zu schwachen Kontrast, wird der AFNG-Merker
auf 1 gesetzt, um die Steuerung in die Ausschalteoperation zu
führen (S215), womit die Steuerung beendet ist (Schritt S111).
Wird die Steuerung in die Ausschalteoperation zurückgeführt,
so wird der AF-Startschalter-Speicher eingeschaltet, solange
der AF-Startschalter 27 im Zustand EIN ist. Die Steuerung
geht daher von den Schritten S113, S117, S119 zu Schritt
S121, um die Stromversorgung zu unterbrechen. Ist der AF-
Startschalter 27 im Zustand AUS, geht die Steuerung von
Schritt S113 zu Schritt S115, um die AUS-Daten in den AF-
Startschalter-Speicher zu schreiben. Dann geht die Steuerung
von Schritt S119 zu Schritt S121, um die Stromversorgung zu
unterbrechen und dann auf das Betätigen des AF-Startschalters
27 zu warten.
In jedem dieser Fälle wird die Stromversorgung unterbrochen,
wenn die Steuerung zur Ausschalteoperation zurückgeführt
wird, so daß die Stromversorgung der peripheren Schaltungen
mit Ausnahme der Rechen/Steuerschaltung 23 unterbrochen wird.
Wird der AF-Startschalter 27 nach Ausschalten während der
VDD-Schleife wieder in den Zustand EIN gebracht, so geht die
Steuerung von Schritt S207 zu Schritt S211. Da der AF-Start
schalter-Speicher bei der ersten Stufe im Zustand AUS ist,
geht die Steuerung von Schritt S211 zu Schritt S217, um die
EIN-Daten in den AF-Startschalter-Speicher einzuschreiben.
Danach geht die Steuerung zu Schritt S201 zurück, und die
Steuerung geht über Schritt S207 zu Schritt S201 und über
Schritt S215 und S201 zu Schritt S211.
Dies zeigt, daß bei Einschalten des AF-Startschalters 27 die
Fokussieroperation wiederholt wird, bis ein fokussierter Zu
stand erhalten oder die Unmöglichkeit der Fokussierung erfaßt
wird. Der Benutzer kann somit die Vermessung ohne besondere
Rücksicht auf die Fokussieroperation durchführen.
Wird der AF-Startschalter 27 während der VDD-Schleife einge
schaltet, nämlich durch Umschalten des Fokussierknopfes 16
auf manuellen Betrieb, so geht die Steuerung von Schritt S203
zurück zur Ausschalteoperation, womit die AF-Operation been
det ist.
Die AF-Operation wird im folgenden an Hand der Flußdiagramme
in Fig. 12 bis 17 erläutert.
Wenn die Steuerung in die AF-Operation eintritt, werden der
Überlappungsmerker, der Suchmerker und der Reintegrationsmer
ker geprüft (Schritte S301, S303, S305). Da alle Merker bei
Schritt S111 in der ersten Stufe zurückgesetzt wurden, führt
der AF-Sensor die Integration aus, und das Integrationsergeb
nis wird als AF-Sensordaten eingegeben, um den Defokusbetrag
zu berechnen (Schritt S307). Bekanntlich wird bei der Berech
nung des Defokusbetrages ein Korrelationsverhältnis der Daten
zweier AF-Sensoren erhalten, so daß die Richtung und der Be
trag der Defokussierung (vordere oder hintere Fokuslage) aus
dem Korrelationsverhältnis ableitbar sind.
Bei Schritt S309 wird geprüft, ob das Rechenergebnis gültig
ist oder nicht. Ist der Kontrast des anvisierten Objekts zu
schwach oder ist das Objekt ein sich wiederholendes Muster
oder ist die Objekthelligkeit zu gering, so kann das Rechen
ergebnis ungültig sein. Normalerweise wird ein gültiges Re
chenergebnis erzielt, und daher wird dieses als erstes be
schrieben.
Ist das Rechenergebnis gültig, so erfolgt die Fokussierprü
fung. Wird ein fokussiertes Zustand erzielt, so wird der Fo
kussiermerker auf 1 gesetzt, und ist das Teleskop außerhalb
der Fokussierung, so wird der Fokussiermerker auf 0 gesetzt
(Schritt S321). Wenn bei dem dargestellten Ausführungsbei
spiel der Defokusbetrag innerhalb eines vorbestimmten zuläs
sigen Bereichs liegt, so wird dies so gewertet, daß ein fo
kussierter Zustand erreichbar ist. Ergibt sich dieser Zustand
bei Schritt S323, so wird die Steuerung in die VDD-Schlei
fenoperation zurückgeführt, um die Operation des Schritts
S207 und nachfolgender Schritte auszuführen. Bei einem nicht
fokussierten Zustand geht die Steuerung zur Impulsberech
nungsoperation.
Bei dieser Operation wird der Betrag der Drehung des AF-Mo
tors 31 (Anzahl der von dem Codierer 33 gelieferten Impulse)
berechnet, der zum Bewegen der Fokussierlinse 12 bis zum Ver
schwinden des Defokusbetrages erforderlich ist.
In der AF-Impulsrechnungsoperation werden die Richtung des
AF-Motors 31 und die Anzahl der AF-Impulse aus dem Defokusbe
trag berechnet (Schritt S331). Die AF-Impulszahl wird in den
AF-Impulszähler 23a eingesetzt, und der AF-Motor 31 wird mit
Gleichstrom betrieben und die Impulsprüfung durchgeführt
(Schritte S333, S335). Der Wert des AF-Impulszählers 23a wird
immer dann um 1 verringert, wenn ein AF-Impuls von dem Codie
rer 33 ausgegeben wird.
Bei der Impulsprüfoperation wird die Drehzahl des AF-Motors
31 entsprechend dem Wert des AF-Impulszählers 23a gesteuert.
Die gezählte Zahl ist nämlich größer als die Sperrimpulszahl
für die Überlappungsintegration. Der AF-Motor 31 wird schnell
betrieben um die Fokussierlinse 12 innerhalb kurzer Zeit in
die Fokusposition zu bringen, und die Überlappungsintegration
wird ausgeführt. Ist die gezählte Zahl kleiner als die Sperr
impulszahl für die Überlappungsintegration, so wird der AF-
Motor 31 schnell betrieben, jedoch die Überlappungsintegrati
on gesperrt. Ist die gezählte Zahl kleiner als eine Startim
pulszahl für konstante Drehzahl, so wird der AF-Motor 31 mit
Pulsweitenmodulation bei geringer Drehzahl gesteuert, um zu
verhindern, daß die Fokussierlinse in eine hyperfokale Posi
tion des telefotografischen Systems gelangt. Ist die gezählte
Zahl 0, so wird der AF-Motor 31 stillgesetzt.
Tritt Steuerung in die Impulsprüfung ein, so wird der Wert
des AF-Impulszählers 23a mit der Sperrimpulszahl für die
Überlappungsintegration verglichen (Schritt S341). Ist der
Zählwert größer als die Sperrimpulszahl, so geht die Steue
rung zu Schritt S343, bei dem der Überlappungsmerker auf 1
gesetzt wird. Danach beginnt die Überlappungsintegration, und
die AF-Sensordaten werden von dem AF-Sensor 21 eingegeben, um
den Defokusbetrag zu berechnen (Schritt S345). Wird ein ef
fektives Rechenergebnis erzielt, so geht die Steuerung zur
Prüfung der Antriebsrichtung, und wird kein effektives Re
chenergebnis erzielt, so wird die Steuerung zurückgeführt
(Schritt S347).
Bei der Antriebsrichtungsprüfung wird die AF-Impulszahl aus
den AF-Sensordaten der Integration beim Betrieb des AF-Motors
31 berechnet und in den Zähler gesetzt. Ändert sich die An
triebsrichtung, so wird der Motor 31 gebremst und stillge
setzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der AF-Motor 31
durch Kurzschluß gebremst.
Tritt die Steuerung in den Antriebsrichtungsprüfung ein, so
wird der Überlappungsmerker auf 1 gesetzt und der Suchmerker
auf 0 gesetzt (Schritt S361). Dann werden die vorherige und
die gegenwärtige Antriebsrichtung der Fokussierlinsengruppe
12 entsprechend dem Rechenergebnis verglichen (Schritt S363).
Normalerweise sind die Richtungen identisch, und daher wird
die AF-Impulszahl in der Mitte der Integration berechnet, so
daß der berechnete Wert in den Zähler gesetzt wird (Schritte
S363, S365). Dann wird die Steuerung zurückgeführt.
Ändert sich die Antriebsrichtung, so wird der AF-Motor 31 ge
bremst und stillgesetzt. Folglich wird der Überlappungsmerker
auf 0 und der Reintegrationsmerker auf 1 gesetzt. Dann wird
die Steuerung in die VDD-Schleifenoperation zurückgeführt
(Schritte S363, S367, S369, S371).
Wenn die Steuerung in die VDD-Schleifenoperation zurückge
führt wird, werden die Operationen bei Schritt S207 und fol
genden Schritten ausgeführt, um in die AF-Operation einzutre
ten. Tritt keine Antriebsrichtungsänderung auf, so geht die
Steuerung von Schritt S301 zur Impulsprüfungsoperation, da
der Überlappungsmerker auf 1 gesetzt ist. Die Operationen von
Schritt S341 bis S347 und die Operationen der Antriebsrich
tungsprüfoperation von Schritt S361 bis S365 werden ausge
führt, und die Steuerung wird zu Schritt S205 zur Impulsprü
fungsoperation zurückgeführt. Diese Operationen werden wie
derholt, bis der Zählstand kleiner als die Sperrimpulszahl
für die Überlappungsintegration ist.
Bei den vorstehenden Operationen wird normalerweise die zum
Bewegen der Fokussierlinse in die Fokusposition erforderliche
Impulszahl verringert und wird kleiner als die Sperrimpuls
zahl für die Überlappungsintegration. Somit geht die Steue
rung von Schritt S341 zu Schritt S349 der Impulsprüfoperati
on.
Die Operationen von Schritt S349 bis S355 werden ausgeführt,
um den AF-Motor 31 bei Abschluß des Antriebs entsprechend der
berechneten Impulszahl stillzusetzen. Bei Schritt S349 geht
die Steuerung nicht weiter, bis die AF-Impulszahl kleiner als
die Startimpulszahl für konstante Drehzahl ist. Ist die AF-
Impulszahl kleiner als diese Startimpulszahl, so wird der AF-
Motor 31 entsprechend der restlichen Impulszahl mit geringer
Drehzahl betrieben. Ist die Impulszahl 0, so wird der AF-Mo
tor 31 stillgesetzt (Schritt S349, S351, S353). Wird der AF-
Motor 31 stillgesetzt, so wird der Überlappungsmerker auf 0
gesetzt und der Reintegrationsmerker auf 1 gesetzt (Schritte
S353, S355). Dann wird die Steuerung in die VDD-Schleifenope
ration zurückgeführt.
Wenn die Steuerung zu Schritt S205 der VDD-Schleifenoperation
geht, tritt sie bei Schritt S305 in die Reintegrationsopera
tion ein, da der Überlappungsmerker und der Suchmerker auf 0
und der Reintegrationsmerker auf 1 gesetzt ist. Dasselbe
gilt, wenn die Antriebsrichtung bei Schritt S363 geändert
ist.
In der Reintegrationsoperation wird der Defokusbetrag berech
net, und es wird geprüft, ob mit dem so erhaltenen Defokusbe
trag das Teleskop fokussiert wird. Ist der fokussierte Zu
stand erreicht, so wird der Fokusmerker auf 1 gesetzt, und
wird dieser Zustand nicht erreicht, so wird die AF-Impulszahl
nochmals zum Antrieb der Fokussierlinse berechnet.
Wird die Steuerung in die VDD-Schleifenoperation bei auf 1
gesetztem Fokusmerker zurückgeführt, so geht die Steuerung
von Schritt S213 in die Ausschalteoperation. Somit endet die
AF-Operation, und die Steuerung wartet auf die Betätigung des
AF-Schalters 27.
Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf eine korrekte
Fokussierung. Ist es aus irgendeinem Grunde schwierig oder
unmöglich, den Fokussierungszustand zu erreichen, so geht die
Steuerung in die VDD-Schleifenoperation und wird in die Aus
schalteoperation geführt. Dies wird im folgenden erläutert.
In der ersten AF-Operation beginnt die Integration, werden
die AF-Sensordaten eingegeben und wird der Defokusbetrag bei
Schritt S307 berechnet (Schritte S301, S303, S305). Ist eine
Berechnung des effektiven Defokusbetrages z. B. bei zu schwa
chem Objektkontrast unmöglich, so geht die Steuerung von
Schritt S309 in die Suchintegrationsoperation.
In der Suchintegrationsoperation werden die Integration und
die Defokusberechnung ausgeführt, um einen effektiven Defo
kusbetrag zu erhalten, während der AF-Motor 31 von einer Nah
position zu einer Unendlichposition bewegt wird. Wird auch
durch die Suchintegrationsoperation kein effektiver Defokus
betrag erzielt, so wird der AFNG-Merker auf 1 gesetzt und die
Steuerung zurückgeführt, wobei sie in die Ausschalteoperation
bei Schritt S215 eintritt.
In der Suchintegrationsoperation wird der AF-Motor 31 im
Suchbetrieb gedreht (in Richtung der Nahposition), und der
Suchmerker wird auf 1 gesetzt, um die Integration mit dem AF-
Sensor 21 einzuleiten. Ist die Integration abgeschlossen, so
wird der Integralwert als AF-Sensordaten eingegeben, um den
Defokusbetrag zu berechnen (Schritte S311, S313, S315). Wird
der effektive Defokusbetrag erhalten, so geht die Steuerung
zu Schritt S317, um die Antriebsrichtung zu prüfen. Wird kein
effektiver Defokusbetrag erhalten, so wird die Steuerung in
die VDD-Schleifenoperation zurückgeführt um die Operationen
bei Schritt S205 und nachfolgenden Schritten auszuführen
(Schritte S317, S319).
Der AF-Motorsuchantrieb ist eine Operation, bei der der AF-
Motor 31 zuerst in Richtung zur Nahposition betrieben wird,
und wenn die Fokussierlinse 12 auf der Nahseite eine Grenz
stellung erreicht und stillgesetzt wird, wird der AF-Motor 31
in Gegenrichtung betrieben, d. h. in Richtung zur Unendlichpo
sition. Wenn die Fokussierlinsengruppe 12 in Richtung Unend
lich eine Grenzstellung erreicht und dort stillgesetzt wird,
wird der AF-Motor 31 stillgesetzt. Wird während des Suchan
triebs ein effektives Rechenergebnis erhalten, so wird der
AF-Motor entsprechend dem effektiven Wert des Defokusbetrages
betrieben.
Wenn die Steuerung in die Operation bei Schritt S205 der VDD-
Schleifenoperation eintritt, wird der Überlappungsmerker
freigegeben. Da der Suchmerker auf 1 gesetzt ist, tritt die
Steuerung nach Schritt S303 in die Suchintegrationsoperation
ein, und die Suchintegrationsoperationen bei Schritt S313 und
den folgenden Schritten werden ausgeführt. Wird kein effekti
ves Rechenergebnis erhalten, wenn die Fokussierlinsengruppe
12 die Unendlichposition erreicht, so geht die Steuerung in
die AFNG-Operation, bei der der AFNG-Merker auf 1 gesetzt
wird. Dann wird die Steuerung in die VDD-Schleifenoperation
zurückgeführt und tritt bei Schritt S215 in die Ausschalte
operation ein (Schritte S317, S319, S391).
Die vorstehende Beschreibung betraf den Fall, daß kein effek
tives Rechenergebnis von Beginn an erreicht wird. Wird ein
effektives Rechenergebnis erhalten, so daß die Fokussierlinse
12 bewegt, jedoch noch kein Fokussierungszustand erreicht
wird, wobei kein effektives Rechenergebnis durch die Reinte
grationsoperation (Schritte S381, S383) erhalten wird, so
geht die Steuerung bei Schritt S385 in die AFNG-Operation.
Darin wird der AF-Merker auf 1 gesetzt, und danach wird die
Steuerung zur VDD-Schleifenoperation zurückgeführt und tritt
bei Schritt S215 in die Ausschalteoperation ein (S385, S391).
Die Einzelheiten der Defokusberechnung werden im folgenden an
Hand der Fig. 15 beschrieben. Diese Berechnung wird bei den
Schritten S307, S315, S345 und S383 ausgeführt. Das bei die
sem Ausführungsbeispiel verwendete Kriterium ist, ob der Kon
trast stark oder schwach ist. Die Defokusberechnung erfaßt
zunächst den Kontrast in dem größten Erfassungsbereich Z, und
wenn der Kontrast über einem vorbestimmten Wert liegt, wird
er erfaßt in der Reihenfolge ausgehend von dem kleinsten zen
tralen Erfassungsbereich Z1. Wird kein effektiver Kontrast
wert erhalten, so wird der Kontrast in der Reihenfolge der
Erfassungsbereiche Z2, Z3 und Z4 geprüft, bis ein effektiver
Kontrast erhalten wird. Danach wird der Defokusbetrag mit den
AF-Daten in jedem Erfassungsbereich berechnet (nämlich im
kleinsten Erfassungsbereich), und die Fokussierlinsengruppe
12 wird entsprechend dem erhaltenen Defokusbetrag verstellt.
Wird kein effektiver Kontrastwert in jedem gewählten Er
fassungsbereich Z1 bis Z4 erhalten, so wird die Fokussierung
mit den AF-Daten in dem maximalen Erfassungsbereich Z ausge
führt, und hierin besteht eines der wichtigen Merkmale der
Erfindung.
Wenn die Steuerung in die Defokusberechnung eintritt, so wird
die Kontrastberechnung zunächst mit den AF-Daten des maxima
len Erfassungsbereichs Z durchgeführt (Schritt S401). Die
Kontrastberechnung mit der folgenden Formel verwendet bei
spielsweise die Summe der Absolutwerte der Reste der Inte
grationswerte der Pixel (fotoelektrischer Wandler) nahe dem
benutzten Bereich.
In dieser Formel ist s die Bitzahl des ersten Pixels und N
die Bitzahl des letzten Pixels in dem Erfassungsbereich.
Wie aus dieser Formel hervorgeht, wird ein ausreichender Kon
trast festgestellt, wenn die Summe der Reste der Integrati
onswerte größer als der vorbestimmte Wert ist. Wird anderer
seits festgestellt, daß kein effektiver Kontrastwert erhalten
wurde, so werden der Merker "Defokus OK", der Merker
"Bereichswahl", der Monitorwahl-Anforderungsmerker und der
Monitorwahlmerker auf 0 gesetzt und die Steuerung zurückge
führt (Schritte S403, S453).
Der Merker "Defokus OK" zeigt, ob ein effektiver Defokusbe
trag erhalten wurde oder nicht, der Merker "Bereichswahl"
zeigt, ob der Erfassungsbereich gewählt wurde oder nicht, der
Monitorwahl-Anforderungsmerker zeigt das Anfordern und der
Monitorwahlmerker zeigt das Ausführen der Monitorwahl.
Wird ein effektiver Kontrastwert über dem vorbestimmten Wert
erhalten, so wird geprüft, ob der Merker "Bereichswahl" auf 1
gesetzt ist. Da bei der ersten Operation der Erfassungsbe
reich nicht gewählt wird, wird eine korrelative Berechnung
ausgeführt, indem die AF-Daten des maximalen Erfassungsbe
reichs Z benutzt werden, und damit wird die Phasendifferenz
berechnet (Schritte S403, S405, S407). Wird keine Phasendif
ferenz berechnet, so wird bei Schritt S453 die Merkerfreiga
beoperation ausgeführt, und die Steuerung wird zurückgeführt
(S409). Wird keine fokussierte Position des auf den beiden
Erfassungsbereichen Z erzeugten Bildes erfaßt, was bei einer
extremen Defokussierung des Bildes möglich sein kann, so ist,
eine Berechnung der Phasendifferenz unmöglich.
Wird eine effektive Phasendifferenz erhalten, so wird ge
prüft, ob die Phasendifferenz unter dem vorbestimmten Wert
liegt (ob der Fokussierfehler klein ist). Ist die Phasendif
ferenz groß und liegt daher ein beachtlicher Fokussierfehler
vor, so wird kein Erfassungsbereich gewählt, und die Steue
rung geht zu der additiven Zwischenrechnungsoperation, und
der Defokusbetrag wird für den maximalen Erfassungsbereich Z
berechnet (Schritte S411, S413). Der Merker "Defokus OK" wird
auf 1 gesetzt (S417). Es wird geprüft, ob der Monitor
wahlmerker auf 1 gesetzt ist. Trifft dies zu, so wird die
Steuerung bei Schritt S419 direkt zurückgeführt. Ist er nicht
auf 1 gesetzt, so wird der Monitorwahl-Anforderungsmerker auf
0 gesetzt und die Steuerung zurückgeführt (Schritte S419,
S421).
Ist die Phasendifferenz nicht kleiner als der vorbestimmte
Wert, so wiederholt die Steuerung die Schritte S401 bis S411
sowie S413 bis S417.
Ist die Phasendifferenz kleiner als der vorbestimmte Wert, so
geht die Steuerung von Schritt S423 zu Schritt S411, um den
Erfassungsbereich zu wählen. Die Bereichswahl-Prüfoperation
prüft den Kontrast in der Reihenfolge von dem kleinsten Er
fassungsbereich Z1 um den ersten und damit kleinsten Erfas
sungsbereich zu wählen, in dem der Kontrast nicht unter dem
vorbestimmten Wert liegt. Wird ein solcher Wert nicht er
zielt, so wird kein Erfassungsbereich gewählt.
Wird die Steuerung von dieser Prüfoperation zurückgeführt, so
wird geprüft, ob der Erfassungsbereich gewählt wurde oder
nicht. Wurde kein Erfassungsbereich gewählt, so geht die
Steuerung zu Schritt S413. Wird ein Erfassungsbereich ge
wählt, so wird der Datenspeichermerker auf 1 gesetzt, so daß
die Korrelativberechnungsdaten (berechnete Daten der Phasen
differenz) des maximalen (gesamten) Erfassungsbereichs an der
vorbestimmten Adresse des RAM′s gespeichert werden (Schritte
S427, S429).
Die Korrelationsrechnung wird für den gewählten Erfassungsbe
reich ausgeführt, um die Phasendifferenz zu berechnen
(Schritt S435). Wird keine gültige Phasendifferenz erhalten,
so wird geprüft, ob die Daten gespeichert sind (Schritte
S437, S439). Da die Daten gespeichert sind, werden die Re
chendaten für jeden Erfassungsbereich aus dem RAM gelesen,
und alle Erfassungsbereiche werden als wirksam gewählt. Dann
geht die Steuerung zu der Zwischenrechnungsoperation, nachdem
der Datenspeichermerker, der Bereichswahlmerker und der Moni
torwahl-Anforderungsmerker jeweils auf 0 gesetzt sind
(Schritte S437, S439, S441, S443, S413).
Wird die effektive Phasendifferenz erhalten, so wird der Da
tenspeichermerker bei Schritt S438 auf 0 gesetzt. Dann geht
die Steuerung, falls die Koinzidenzbedingung erfüllt ist, zu
der Zwischenrechnungsoperation der Schritte S463, S413.
Ist die Koinzidenzbedingung für ein dreidimensionales Bild
nicht erfüllt, was bei einem schwachen Kontrast des gewählten
Erfassungsbereichs der Fall sein kann, so geht die Steuerung
zu der Zwischenrechnungsoperation bei Schritt S413, solange
der Monitorwahl-Anforderungsmerker auf 1 gesetzt ist
(Schritte S463, S465, S467). Ist der Monitorwahlmerker nicht
auf 1 gesetzt, während der Monitorwahl-Anforderungsmerker auf
1 gesetzt ist, so wird der Defokusmerker auf 0 gesetzt und
die Steuerung zurückgeführt (Schritte S465, S467, S469).
Wenn die Steuerung in die Defokusberechnung eintritt, geht
sie nach dem Setzen des Bereichswahlmerkers auf 1 entspre
chend der Wahl eines der Erfassungsbereiche Z1 bis Z4 von
Schritt S405 zu Schritt S431, so daß die Prüfoperation der
Wahl des Erfassungsbereichs ausgeführt wird. Wurde keiner der
Erfassungsbereiche gewählt, so wird die Steuerung zu Schritt
S407 zurückgeführt, um den maximalen Erfassungsbereich Z zu
wählen.(Schritte S433, S407). Wenn einer der Erfassungsberei
che gewählt wurde, geht die Steuerung zu Schritt S435, so daß
die Korrelationsberechnung und die Berechnung der Phasendif
ferenz für den gewählten Erfassungsbereich ausgeführt werden
(Schritte S433, S435).
Die Berechnung der Phasendifferenz des gewählten Erfassungs
bereichs wird mit den Schritten S431, S433 und S435 ausge
führt. Ergibt sich daraus eine effektive Phasendifferenz, so
setzt die Steuerung die oben beschriebene Operation fort.
Wird keine effektive Phasendifferenz erhalten, geht die
Steuerung von Schritt S439 zu Schritt S445, da die Berech
nungsdaten aller Erfassungsbereiche nicht gespeichert wurden,
so daß der Merker "Defokus OK" auf 0 gesetzt wird, und die
Steuerung wird zurückgeführt (Schritt S451). Wenn der Moni
torwahlmerker auf 1 gesetzt ist, so werden der Bereichswahl
merker, der Monitorwahl-Anforderungsmerker und der Monitor
wahlmerker jeweils auf 0 gesetzt und dann die Steuerung zu
rückgeführt (Schritte S447, S451). Auch wenn der Monitorwahl
merker nicht auf 1 gesetzt ist, wird die Steuerung nach Frei
gabe der Merker bei Schritt S451 zurückgeführt, wenn der Mo
nitorwahl-Anforderungsmerker nicht auf 1 gesetzt ist. Ist er
jedoch auf 1 gesetzt, so wird die Steuerung sofort zurückge
führt (Schritte S447, S449, S451 oder Schritte S447, S449).
Bei der vorstehend beschriebenen Defokusberechnung wird der
Defokusbetrag aus den AF-Sensordaten in dem kleinsten Erfas
sungsbereich berechnet, in dem der Kontrast nicht unter dem
vorbestimmten Wert liegt, vorausgesetzt, daß ein Kontrast
nicht unter dem vorbestimmten Wert in dem Gesamt-Erfassungs
bereich erhalten wird.
Die Wahloperation der Erfassungsbereiche bei den Schritten
S423 und S431 wird im folgenden an Hand des Flußdiagramms der
Fig. 16 erläutert. Diese Operation wird durch Fokussierung in
den Erfassungsbereich ausgeführt, der als der kleinste ge
wählt wurde, in dem der Kontrast nicht unter dem zweiten vor
bestimmten Wert liegt. Liegt kein Kontrastwert unter dem
zweiten vorbestimmten Wert für die, Erfassungsbereiche Z1 bis
Z4, so wird die Fokussierung für den maximalen Erfassungsbe
reich Z ausgeführt.
Wenn die Steuerung in die Wahloperation eintritt, wird bei
Schritt S501 die kleinste nutzbare Menge von Bitzahlen, näm
lich die Anzahl der Pixel (fotoelektrische Wandler oder
Lichtaufnahmeelemente) für den kleinsten Erfassungsbereich
eingestellt. Dann wird die Startposition des Erfassungsbe
reichs bei Schritt S503 gesetzt. In diesen Operationen er
folgt die Einstellung hinsichtlich der Bitzahl der Pixel in
der Mitte der Erfassungsbereiche, die für die Fokussierung
benutzt werden, sowie hinsichtlich der Bitzahlen s und N,
die, wenn die vorstehend genannte Bitzahl in der Mitte ange
ordnet ist, an jedem horizontalen Ende der vorstehend genann
ten Bitzahl angeordnet sind. Dabei ist es möglich, die Mitte
der Erfassungsbereiche einzustellen bzw. zu schieben, und
wenn die Mitte dann eingestellt ist, kann die Bitzahl in der
Mitte in gleicher Weise eingestellt werden.
Die Kontrastberechnung erfolgt mit der Formel 1 aus den AF-
Sensordaten des gewählten Erfassungsbereichs, und danach wird
das Rechenergebnis bei Schritt S505 in dem RAM gespeichert.
Bei Schritt S507 wird geprüft, ob der berechnete Kontrast
nicht unter dem OK-Wert bei dem gewählten Zeitpunkt liegt
(zweiter vorbestimmter Wert). Liegt er nicht unter diesem
Wert, so wird bei Schritt S509 geprüft, ob der Kontrast unter
dem unteren Wert liegt. Trifft dies nicht zu, so wird der Be
reichswahlmerker auf 1 gesetzt und die Steuerung zurückge
führt (Schritte S509, S513). Liegt der Kontrast unter dem un
teren Kontrastwert, so wird der Monitorwahl-Anforderungsmer
ker auf 1 gesetzt, der Bereichswahlmerker wird auf 1 gesetzt
und die Steuerung zurückgeführt (Schritte S509, S511, S513),
so daß die Integrationszeit für den gewählten Erfassungsbe
reich gesetzt und die Genauigkeit erhöht wird. Der untere
Kontrastwert liegt über dem OK-Pegel während der Bereichs
wahl.
Immer bei Rückführen der Steuerung wird der Defokusbetrag aus
den AF-Sensordaten des gewählten Erfassungsbereichs berechnet
und damit der Antrieb der Fokussierlinsengruppe 12 gesteuert.
Wird der Monitorwahl-Anforderungsmerker auf 1 gesetzt, so
wird die Integrationszeit für den gewählten Erfassungsbereich
gesetzt und damit die Genauigkeit verbessert. Der untere Kon
trastwert liegt über dem OK-Pegel bei der Bereichswahl.
Bei jedem Rückführen der Steuerung wird der Defokusbetrag aus
den AF-Sensordaten des gewählten Erfassungsbereichs berechnet
und steuert den Antrieb der Fokussierlinsengruppe 12. Wird
der Monitorwahl-Anforderungsmerker auf 1 gesetzt, so wird die
Integrationszeit durch den gewählten Monitorsensor M2 während
der Reintegration gesteuert, so daß die Integration mit einer
genauer geeigneten Integrationszeit ausgeführt wird.
Wird der Kontrast bei der Prüfung in Schritt S507 als schwä
cher als der OK-Wert zum gewählten Zeitpunkt bewertet, so
wird die Operation einer Dehnung des Erfassungsbereichs be
ginnend mit Schritt S515 ausgeführt, da der genaue Defokusbe
trag in diesem Erfassungsbereich nicht erhalten werden kann.
Ob die Wahl endet, d. h. ob die Kontrastprüfung für den Er
fassungsbereich Z4 durchgeführt wird, wird bei Schritt S515
geprüft. Erfolgt die Kontrastprüfung für die Erfassungsbe
reiche Z1 bis Z3, so wird die für den nachfolgenden Erfas
sungsbereich verwendete Bitzahl gesetzt, nämlich der zu ver
wendende Erfassungsbereich wird um einen Bereich gedehnt, und
dann geht die Steuerung zu Schritt S503 (Schritte S515, S517,
S503). Ist der Kontrast des gedehnten Bereichs nicht kleiner
als der OK-Wert zum gewählten Zeitpunkt, so geht die Steue
rung von Schritt S517 zu Schritt S503, und ist der Kontrast
des gedehnten Bereichs kleiner als der OK-Wert zum gewählten
Zeitpunkt, so wird die Steuerung von Schritt S507 zu Schritt
S515 zurückgeführt.
Erreicht der Kontrast nicht den OK-Wert zum gewählten Zeit
punkt, trotzdem der verwendete Erfassungsbereich zum Erfas
sungsbereich Z4 gedehnt bzw. vergrößert wurde, werden der Be
reichswahlmerker und der Monitorwahl-Anforderungsmerker auf 0
gesetzt und die Steuerung zurückgeführt (Schritte S515,
S519). In diesem Fall wird der Defokusbetrag für den Gesamt-
Erfassungsbereich Z berechnet.
Die Integrationsstartoperation der Schritte S307, S315, S345
und S383 wird im folgenden an Hand der Fig. 17 erläutert. Die
Integrationsstartoperation veranlaßt die Integrationsoperati
on des AF-Sensors 21, wenn der Monitorwahl-Anforderungsmerker
nicht auf 1 gesetzt ist, durch Wirksamschalten aller Monitor
sensoren und, wenn der Monitorwahl-Anforderungsmerker auf 1
gesetzt ist, die Integrationsoperation des AF-Sensors 21
durch Wirksamschalten nur des zentralen Monitorsensors M2.
Ist der Erfassungsbereich nicht gewählt, so wird der Defokus
betrag aus den AF-Sensordaten des Gesamt-Erfassungsbereichs Z
berechnet, und wenn der Erfassungsbereich gewählt ist, so
wird der Defokusbetrag aus den AF-Sensordaten des gewählten
Erfassungsbereichs berechnet, worin eines der wichtigsten
Merkmale der Erfindung besteht.
Wenn die Steuerung in die Integrationsstartoperation ein
tritt, wird der Monitorwahlmerker zunächst auf 0 gesetzt, und
alle Monitorsensoren werden wirksam (Schritte S601, S603).
Ist der Monitorwahl-Anforderungsmerker nicht auf 1 gesetzt,
so startet die Integration sofort (Schritte S605, S611). Ist
der Monitorwahl-Anforderungsmerker auf 1 gesetzt, so wird der
Monitorwahlmerker auf 1 gesetzt, und dann wird nur der zen
trale Monitorsensor M2 wirksam, und die Integration startet
(Schritte S605, S607, S609, S611).
Die Integration endet, wenn das Ausgangssignal des wirksamen
Monitorsensors unter den AGC-Pegel sinkt oder die längstmög
liche Integrationszeit abläuft. Dann werden die CCD-Daten
(AF-Sensordaten) eingegeben und die Defokusberechnung ausge
führt (Schritte S611, S613, S615, S617, S619).
Ist der berechnete Defokusbetrag gültig, so wird die Steue
rung sofort zurückgeführt (Schritt S621). Wird kein gültiger
Defokusbetrag erhalten, so wird geprüft, ob der Monitorwahl
merker auf 1 gesetzt ist. Solange er nicht auf 1 gesetzt ist,
wird die Steuerung sofort zurückgeführt (Schritte S621, S623,
S625), unabhängig von dem Setzen des Monitorwahlmerkers
auf 1.
Ist der Monitorwahlmerker auf 0 gesetzt und der Monitorwahl-
Anforderungsmerker auf 1 gesetzt, so wird die Steuerung zu
Schritt S607 zurückgeführt, um die Integrationsoperation mit
dem zentralen Monitorsensor M2, die Eingabe der CCD-Sensorda
ten und die Defokusbetragsberechnung durchzuführen (Schritte
S607, S619).
Der Erfassungsbereich wird durch die vorstehend beschriebene
wiederholte Operation gewählt, und die Integration erfolgt
unter Benutzung des dem gewählten Erfassungsbereich entspre
chenden Monitorsensors. Dadurch ergeben sich genauere AF-Sen
sordaten.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein
CCD-Liniensensor 21c als Fokuserfassungselement verwendet. Es
können auch MOS-Liniensensoren eingesetzt werden.
Obwohl die Erfindung vorstehend für ein automatisches Nivel
liergerät erläutert wurde, kann sie auch auf andere Vermes
sungsinstrumente wie ein Durchgangsinstrument oder ein opti
sches Teleskopsystem wie ein Fernrohr oder ein Fernglas-Tele
skop usw. angewendet werden.
Claims (9)
1. Automatische Fokussiereinrichtung für ein telefotografi
sches System, gekennzeichnet durch einen Liniensensor mit
mehreren Lichtaufnahmeelementen zur Aufnahme eines mit
dem telefotografischen System erzeugten Objektbildes,
mehrere Monitorsensoren neben dem Liniensensor zum Erfas
sen der von dem Liniensensor aufgenommenen Lichtmenge und
einer Fokuserfassungsvorrichtung zum Steuern der Licht
aufnahmezeit der Lichtaufnahmeelemente durch alle Moni
torsensoren und zum Erfassen eines Fokussierungszustands
aus den Ausgangssignalen der jeweiligen Lichtaufnahmeele
mente, wobei die Lichtaufnahmezeit des Liniensensors nur
durch einen zentral angeordneten Monitorsensor gesteuert
wird, wenn die Fokuserfassungsvorrichtung keinen Fokus
sierungszustand erfaßt.
2. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Liniensensor das Licht eines Objektbil
des in einem symmetrisch zur Mitte eines Sichtfeldes des
telefotografischen Systems angeordneten Erfassungsbereich
aufnimmt, und daß der zentral angeordnete Monitorsensor die Lichtmenge in einem Bereich erfaßt, der symmetrisch zur Mitte des Sichtfeldes liegt.
aufnimmt, und daß der zentral angeordnete Monitorsensor die Lichtmenge in einem Bereich erfaßt, der symmetrisch zur Mitte des Sichtfeldes liegt.
3. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Fokuserfassungsvorrichtung bei Steue
rung der Lichtaufnahmezeit des Liniensensors mit dem zen
tral angeordneten Monitorsensor den Fokussierungszustand
aus einem Ausgangssignal der Lichtaufnahmeelemente in ei
nem zentralen, symmetrisch zur Mitte des Sichtfeldes an
geordneten Bereich erfaßt.
4. Fokussiereinrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Liniensensor aus
zwei Teilsensoren besteht, die jeweils Licht aus einem
Strahlenteiler aufnehmen, und daß die Fokuserfassungsvor
richtung einen Defokusbetrag aus der Phasendifferenz des
mit den beiden Teilsensoren aufgenommenen Lichtes erfaßt.
5. Fokussiereinrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokuserfassungs
vorrichtung den Kontrast in einem zentralen Bereich des
Objektbildes aus einem Ausgangssignal des Liniensensors
berechnet, wenn dessen Lichtaufnahmezeit durch alle Moni
torsensoren gesteuert wird.
6. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Fokuserfassungsvorrichtung die Licht
aufnahmezeit des Liniensensors mit dem zentral angeordne
ten Monitorsensor steuert, wenn der berechnete Kontrast
unter einem vorbestimmten Wert liegt.
7. Fokussiereinrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das telefotografi
sche System zu einem Vermessungsinstrument gehört.
8. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß das telefotografische System eine Objektiv
linsengruppe, eine Fokussierlinsengruppe, eine mit Faden
kreuz versehene Fokussierplatte, eine Okularlinsengruppe
zum Betrachten eines auf der Fokussierplatte erzeugten
Objektbildes und ein optisches Strahlenteilersystem zwi
schen der Fokussierlinsengruppe und der Fokussierplatte
enthält, wobei die Lichtaufnahmeelemente des Liniensen
sors horizontal in einem Lichtweg angeordnet sind, der
durch das optische Strahlenteilersystem abgeteilt ist,
wobei das Fadenkreuz als Mitte festgelegt ist, und wobei
die Fokuserfassungsvorrichtung den Fokussierungsstand aus
dem Ausgangssignal aller Lichtaufnahmeelemente in einem
Erfassungsbereich erfaßt, für den das Fadenkreuz als
Mitte festgelegt ist.
9. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine Antriebsvorrichtung der Fokussierlin
sengruppe abhängig von dem mit der Fokuserfassungsvor
richtung erfaßten Fokussierungszustand gesteuert wird.
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