DE2443673A1 - Finding subject distance for self-focussing camera - swinging mirror reveals angular position of infra-red spot - Google Patents

Finding subject distance for self-focussing camera - swinging mirror reveals angular position of infra-red spot

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    • G02B7/305—Systems for automatic generation of focusing signals using parallactic triangle with a base line using a scanner

Abstract

A narrow collimated beam of infra-red light is directed at the photographic subject; returning light is picked up by a mirror, swinging at, preferably, its resonant frequency. The reflected spot passes, twice per mirror cycle, over a slit, behind which is a photo-electric cell. The moment in the mirror's cycle when the spot reaches the slit reveals the orientation of the photographic subject; the other geometrical parameters being known, the subject's position and distance are determine. Infra-red light, modulated, for identification, at 10 - 20kHz returns from the mirror to the photocell, it is amplified (selectively at the modulation frequency) sun detected. This gives a sequence of pulses, one being generated each time the mirror passes the critical position.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung des Objektives einer Kamera Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung des Objektives einer Kamera, wobei mittels einer im infraroten Spektralbereich strahlenden Lichtquelle auf das anzumessende Objekt ein Lichtfleck projiziert und die Entfernung des Objektes mittels eines von der Lichtquelle räumlich getrennten fotoelektrischen Empfängers durch Triangulation bestimmt wird.Method and device for the automatic focusing of the Objectives of a camera The invention relates to a method and a device for automatic focusing of the lens of a camera, whereby by means of a Light source radiating in the infrared spectral range onto the object to be measured a light spot is projected and the distance of the object by means of one of the Light source spatially separated photoelectric receiver by triangulation is determined.

Es sind derartige Verfahren bekannt, bei denen der von einer Lichtquelle ausgesandte Strahl mittels eines schwenkbaren Spiegels über den abzutastenden Objektraum geschwenkt wird. Da die bei einer Kamera sinnvoll zu verwendenden Lichtquellaiverhältnismäßig lichtschwach sind und zur Erzielung einer genauen Messung der in den Objektraum projizierte Strahl möglichst eng sein muß, ist es erforderlich, den Strahl zu kollimieren, also die Lichtquelle im Fokus eines Objektives, das eine möglichst große Öffnung haben sollte, unterzubringen.Such methods are known in which that of a light source emitted beam by means of a pivotable mirror over the object space to be scanned is pivoted. Since the light source that can be sensibly used in a camera is proportionate are faint and to achieve an accurate measurement of the in the object space projected beam must be as narrow as possible, it is necessary to collimate the beam, So the light source in the focus of a lens that has the largest possible opening should have to accommodate.

Da ein Mitschwenken des Kollimrtors mit dem Spiegel technisch aufwendig und bei höheren Frequenzençwie sie bei rasch beweglichen Objekten erwünscht sind, nicht möglich ist, kann bei einem demzufolge starren Kollimator bei Verschwenken des zwischen Fokus und Kollimator befindlichen Spiegels nicht die volle Öffnung des Kollimators ausgenutzt werden; auch ist die optimale Justierung der Lichtquelle im Verhältnis zum Kollimator nicht möglich.Since swiveling the collimator with the mirror is technically complex and at higher frequencies, as is desirable for rapidly moving objects, is not possible, can with a consequently rigid collimator when pivoting of the mirror located between the focus and the collimator does not have the full opening of the collimator are used; also is the optimal adjustment of the light source not possible in relation to the collimator.

Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Entfernungsmessung zu schaffen, bei denen die Abtastung des Objektraumes mit hohen Frequenzen erfolgen kann und bei denen die Lichtstärke des Kollimators optimal genutzt wird.It is the aim of the invention, a method and an apparatus to create automatic distance measurement in which the scanning of the object space can be done at high frequencies and at which the light intensity of the collimator is used optimally.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Licht der Lichtquelle mittels eines starren Kollimators in den Objektraum projiziert wird und daß mittels eines Schwingspiegels das durch ein Objektiv erzeugte Bild des Lichtfleckes periodisch über einen Spalt bewegt wird, hinter dem sich der fotoelektrische Empfänger befindet.According to the invention this is achieved in that the light from the light source is projected into the object space by means of a rigid collimator and that by means of an oscillating mirror periodically shows the image of the light spot generated by an objective is moved across a gap behind which the photoelectric receiver is located.

Zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Vorrichtungen zu seiner Durchführung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung, worin im folgenden anhand der Zeichnung die Erfindung näher erläutert wird. Es zeigen: Fig. 1 schematisch die optische Anordnung und Fig. 2 in Form eines Blockschaltbildes die Elektronik des Gegenstandes der Erfindung.Appropriate development of the method and devices according to the invention for its implementation result from the subclaims and the description, wherein the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show it: 1 schematically shows the optical arrangement and FIG. 2 in the form of a block diagram the electronics of the subject invention.

Eine kleine Lichtquelle 1 projiziert in annähernd parallelem Strahlengang durch eine Optik 2 einen Lichtfleck 3 auf das anzumessende Objekt 4. Eine im Abstand b, der Triangulationsbasis, vom Sender angeordnete Abbildungsoptik 5 entwirft über einen Schwingspiegel 6 ein Bild des Objekts auf eine Blende 7, hinter deren Spalt sich ein Fotoempfänger 8 befindet. Der Meßvorgang verläuft nun wie folgt: Während jeder Hin- und Herbewegung des Schwingspiegels überstreicht das Bild des Lichtflecks 3 je einmal die Blendenöffnung 7, was vom Fotoempfänger 8 durch ein Maximum des Stromes 1 angezeigt wird. Da die Stellung p des Schwingspiegels 6 zum Zeitpunkt des Strommaximums in bekannter Weise den Winkel, unter dem das Objekt 4 von der Meßbasis b aus gesehen wird, und damit die Objektentfernung 1 angibt, kann durch einen zeitlichen Vergleich des Fotostroms mit der Antriebs spannung des Schwingspiegels ein entfernungsabhängiges Steuersignal gewonnen und zur Einstellung des Kameraobjektives verwendet werden.A small light source 1 projects in an approximately parallel beam path through optics 2 a light spot 3 onto the object 4 to be measured. One at a distance b, the triangulation base, imaging optics 5 arranged by the transmitter designs over an oscillating mirror 6 an image of the object on a diaphragm 7, behind the gap there is a photo receiver 8. The measuring process now runs as follows: During every back and forth movement of the oscillating mirror sweeps over the image of the light spot 3 each once the aperture 7, what the photo receiver 8 by a maximum of Stream 1 is displayed. Since the position p of the oscillating mirror 6 at the time of the current maximum in a known manner the angle at which the object 4 of the Measurement base b is seen from, and thus indicates the object distance 1, can through a time comparison of the photocurrent with the drive voltage of the oscillating mirror a distance-dependent control signal obtained and for setting the camera lens be used.

Da bei entsprechend hoher Frequenz des Schwingspiegels 6 der Meßvorgang praktisch kontinuierlich erfolgt, kann z.B. bei Laufbildkameras ein bewegtes Objekt auch bei raschen Entfernungsänderung im Schärfebereich gehalten werden.Since at a correspondingly high frequency of the oscillating mirror 6 the measuring process occurs practically continuously, e.g. a moving object in motion picture cameras can be kept in focus even when the distance changes rapidly.

Der elektronische Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Blockschema der Fig. 2 dargestellt. Das von einer Infrarotluminiszenzdiode 1 ausgestrahlte Licht wird zur Vermeidung von Störungen durch Fremdlicht durch einen Oszillator 17 moduliert, wobei die Modulationsfrequenz beispielsweise 10 bis 20 KHz betragen kann. Das Signal des Fotoempfängers 8, beispielsweise einer Fotodiode oder eines Fototransistors entsprechender Empfindlichkeit, wird in einem Verstärker 12 frequenzselektiv verstärkt und in einem Demodulator 13 demoduliert, wobei gegebenenfalls eine Synchronisation mit der Frequenz des Oszillators 14 herangezogen werden kann. Am Ausgang des Demodulators 13 liefert jeder Durchgang des Lichtbildes durch die Blendenöffnung des Fotoempfängers einen Impuls 9 wobei der Impulsabstand durch die halbe Schwingungsdauer des Schwingspiegels 6 gegeben ist. Jeder Impuls öffnet kurzzeitig eine Torschaltung 14, so daß an deren Ausgang jeweils der Momentanwert ion einem Oszillator 16 erzeugten tsntriebsspannung des Schwingspiegels 6 auftritt. Man erhält somit eine Impulsfolge, deren Amplitude die Stellung des Schwingspiegels und damit die Objektentfernung angibt. Durch Zeitmittelung der Impulsfolge, im einfachsten Fall durch Aufladung eines Kondensators 15 ergibt sich eine von der Objektentfernung abhängige mittlere Spannung U, die in bekannter Weise zur Einstellung des Kameraobjektives 11 beispielsweise über einen Stellmotor 10 verwendet werden kann. Durch geeignete- Wahl der Kurvenform der Antriebsspannung des Schwingspiegels 6 läßt sich der Zusammenhang zwischen Steuerspannung U und Objektentfernung an eine gewünschte Funktion anpassen; praktisch ist es aber zweckmäßig, den Schwingspiegel als Resonanzsystem auszubilden und die Nichtlinearität des Meßvorgangs mechanisch bei der Objektiveinstellung zu berücksichtigen.The electronic part of the device according to the invention is in the block diagram of Fig. 2 shown. The light emitted by an infrared luminescent diode 1 is modulated by an oscillator 17 to avoid interference from extraneous light, wherein the modulation frequency can be, for example, 10 to 20 KHz. The signal of the photo receiver 8, for example a photodiode or a phototransistor corresponding sensitivity, is amplified in an amplifier 12 frequency-selectively and demodulated in a demodulator 13, with synchronization if necessary with the frequency of the oscillator 14 can be used. At the output of the demodulator 13 provides each passage of the light image through the aperture of the photoreceiver a pulse 9 where the pulse spacing by half the period of oscillation of Oscillating mirror 6 is given. Each impulse briefly opens a gate circuit 14, so that the instantaneous value ion is generated by an oscillator 16 at the output Drive voltage of the oscillating mirror 6 occurs. One thus obtains a sequence of impulses the amplitude of which the position of the oscillating mirror and thus the distance to the object indicates. By time averaging the pulse train, in the simplest case by charging of a capacitor 15 results in an average which is dependent on the object distance Voltage U, which is used in a known manner for setting the camera lens 11, for example can be used via a servomotor 10. By suitable choice of the curve shape the drive voltage of the oscillating mirror 6 can be the relationship between control voltage Adjust U and object distance to a desired function; but it is practical expedient to design the oscillating mirror as a resonance system and the non-linearity of the measuring process must be taken into account mechanically when adjusting the lens.

Wie bekannt, wird die Meßgenauigkeit einer auf Triangulation basierenden Entfernungsmeßvorrichtung in erster Linie durch die Länge der Basis b bestimmt. Im folgenden wird die mögliche Genauigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einem Beispiel angegeben.As is known, the measurement accuracy becomes one based on triangulation Distance measuring device primarily determined by the length of the base b. The following is the possible accuracy of the device according to the invention given in an example.

Zwischen Auslenkung x des Lichtpunktes in der Blendenebene und der Objektentfernung 1 gilt der Zusammenhang f x = b .Between the deflection x of the light point in the diaphragm plane and the Object distance 1, the relationship f x = b applies.

f mit b: Basislänge und Entfernungsmesseroptik f: Brennweite Damit wird die Unsicherheit der gemessenen Entfernung (#1 ) = (# x) . 1²; b . f Nimmt man an, daß die Lage des Lichtpunktes in der Blendenebene aus dem Maximum des Fotostromes in einem Bereich von 0,1 mm festgelegt werden kann, so erhält man z.B. mit den Werten f = 50mm b = 100mm (# 1) = 2.10-5. 1² Die Meßgenauigkeit liegt also für 1 m Objektentfernung bei 20 mm, für 5 m bei 50 cm und für 10 m bei 2 m. f with b: base length and rangefinder optics f: focal length thus the uncertainty of the measured distance becomes (# 1) = (# x). 1²; b. f takes one assumes that the position of the light point in the diaphragm plane from the maximum of the photocurrent can be set in a range of 0.1 mm, one obtains e.g. with the values f = 50mm b = 100mm (# 1) = 2.10-5. 1² The measurement accuracy is therefore for 1 m object distance at 20 mm, for 5 m at 50 cm and for 10 m at 2 m.

Claims (8)

Ansprüche Expectations e Verfahren zur automatischen Schai feinstellung des Objektives einer Kamera, wobei mittels einer im infraroten Spektralbereich strahlenden Lichtquelle auf das- anzumessende Objekt ein Lichtfleck projiziert und die Entfernung des Objektes mittels eines von der Lichtquelle räumlich getrennten fotoelektrischen Empfängers durch Triangulation bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht der Lichtquelle (1) mittels eines starren Kollimators (2) in den Objektraum projiziert wird und daß mittels eines Schwingspiegels (6) das durch ein Objektiv (5) erzeugte Bild des Lichtfleckes periodisch über einen Spalt (7) bewegt wird, hinter dem sich der fotoelektrische Empfänger (8) befindet.e Process for the automatic focus adjustment of the lens of a Camera, by means of a light source radiating in the infrared spectral range A light spot is projected onto the object to be measured and the distance to the object by means of a photoelectric receiver spatially separated from the light source is determined by triangulation, characterized in that the light from the light source (1) is projected into the object space by means of a rigid collimator (2) and that by means of an oscillating mirror (6) the image generated by an objective (5) of the Light spot is moved periodically over a gap (7), behind which the photoelectric Receiver (8) is located. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingspiegel (6) elektromagnetisch durch niederfrequenten Wechselstrom angetrieben wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the oscillating mirror (6) Electromagnetically driven by low frequency alternating current. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotlichtquelle mit einer hohen Frequenz, vorzugsweise einer Frequenz zwischen 10 und 20 KHz, moduliert wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the infrared light source modulated with a high frequency, preferably a frequency between 10 and 20 KHz will. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vom fotoelektrischen Empfänger (8) bei Auffall des Lichtes erzeugte mit der Lichtmodulationsfrequenz modulierte elektrische Signal in einem Verstärker (12) frequenzselektiv verstärkt, in einem Demodulator (13) demoduliert und als Impuls einer Torschaltung (14) zugeführt wird, welche durch den Impuls kurzzeitig geöffnet wird, daß der Torschaltung (14) die am Schwingspiegel (6) anliegende Spannung zugeführt wird und daß die am Ausgang der Torschaltung (14) auftretende Impulsfolge durch Zeitmittelung eine von der Objektentfernung (1) abhängige Spannung (U) erzeugt und daß diese Spannung die Einstellung des Kameraobjektives (11) steuert.4. The method according to claim 3, characterized in that the from Photoelectric receiver (8) generated when the light falls with the light modulation frequency modulated electrical signal amplified in an amplifier (12) in a frequency-selective manner, demodulated in a demodulator (13) and fed as a pulse to a gate circuit (14) which is opened briefly by the pulse that the gate circuit (14) the voltage applied to the oscillating mirror (6) is supplied and that the voltage at the output the gate circuit (14) occurring pulse sequence by time averaging one of the object distance (1) dependent voltage (U) generated and that this voltage controls the setting of the camera lens (11) controls. 5. Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung des Objektives einer Kamera mit einer im infraroten Spektralbereich strahlenden Lichtquelle und einer Projektionsvorrichtung zur Projektion eines Lichtfleckes auf das anzumessende Objekt und einem durch die Entfernungsmesserbasis von der Austrittsöffnung des Strahles getrennten Eintrittsöffnung für das vom Objekt reflektierte Licht und mit einer fotoelektrischen Empfangsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß im reflektierten Strahlengang zum Überfahren des der Entfernung (1) entsprechenden Winkelbereiches des der Triangulation dienenden Winkels ein elektromagnetisch betriebener Schwingspiegel (6) und ein den Lichtfleck auf einen Spalt (7) vor der fotoelektrischen Empfangsvorrichtung (8) abbildendes Objektiv (5) vorgesehen ist.5. Device for automatic focusing of the lens a camera with a light source radiating in the infrared spectral range and a projection device for projecting a light spot onto the object to be measured Object and one through the range finder base from the exit port of Beam separate entry opening for the light reflected from the object and with a photoelectric receiving device, characterized in that in the reflected Beam path for traversing the angular range corresponding to the distance (1) of the angle used for triangulation is an electromagnetically operated oscillating mirror (6) and the light spot on a gap (7) in front of the photoelectric receiving device (8) imaging lens (5) is provided. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb des Schwingspiegels (6) ein Oszillator (16) mit einer der Resonanzfrequenz des Schwingspiegels (6) entsprechenden Eigenfrequenz vorgesehen ist.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that for driving of the oscillating mirror (6) an oscillator (16) with one of the resonance frequency of the oscillating mirror (6) appropriate natural frequency is provided. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur hochfrequenten Modulation des Lichtstrahles ein weiterer Oszillator (17) vorgesehen ist.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the high frequency Modulation of the light beam, a further oscillator (17) is provided. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung des vom fotoelektrischen Empfänger erzeugten hochfrequenten Signales ein frequenzselektiver Verstärker (12), zur Demodulation des Signals ein Demodulator (13), zur Korrelierung des Signals mit der Antriebsspannung des Schwingspiegels (6) eine Torschaltung (14) und zum Erzeugen einer von der Objektentfernung abhängigen Spannung ein Kondensator (15) und zum Verstellen des Kameraobjektives (11) eine elektromotorische Stellvorrichtung (10) vorgesehen sind.8. Apparatus according to claim 7, characterized in that for reinforcement of the high-frequency signal generated by the photoelectric receiver is a frequency-selective one Amplifier (12), for demodulating the signal, a demodulator (13) for correlation of the signal with the drive voltage of the oscillating mirror (6) Gate switching (14) and a capacitor for generating a voltage dependent on the object distance (15) and an electromotive adjusting device for adjusting the camera lens (11) (10) are provided. L e e r s e i t eL e r s e i t e
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2936104A1 (en) * 1979-09-07 1981-03-26 Robert Bosch Gmbh, 70469 Stuttgart Compact ranging control for camera - has IR ranging beam with ranging angle linked to objective setting control
EP0198253A2 (en) * 1985-04-16 1986-10-22 Erwin Sick GmbH Optik-Elektronik Light sensor

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