DE19710722A1 - Automatische Fokussiereinrichtung für ein telefotografisches System - Google Patents

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.

Formel 1

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.

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.