DE2719214A1 - Verfahren zum selbsttaetigen fokussieren eines kameraobjektives sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum selbsttaetigen fokussieren eines kameraobjektives sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

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    • G02B7/28Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/30Systems for automatic generation of focusing signals using parallactic triangle with a base line
    • G02B7/32Systems for automatic generation of focusing signals using parallactic triangle with a base line using active means, e.g. light emitter
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
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Description

  • Verfahren zum selbsttätigen Fokussieren eines Kameraobjek-
  • tives sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen Fokussieren eines Kameraobjektives auf ein abzubildendes Objekt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches.
  • Nach dem fotometrischen Abstandsgesetz fällt die Beleuchtungsstärke, die von einem Objekt einer bestimmten Lichtstärke erzeugt wird, mit dem Quadrat des Abstandes zwischen dem Meßort der Beleuchtungsstärke und dem Objekt ab. Hieraus ergibt sich, daß bei Kenntnis der Beleuchtungsstärke und der Lichtstärke der Abstand zwischen dem Meßort und dem Objekt ermittelt werden kann, so daß das fotometrische Abstandsgesetz zur Entfernungsmessung herangezogen werden kann.
  • Ein auf dem fotometrischen Abstandsgesetz aufbauendes Verfahren zum selbsttätigen Fokussieren eines Xameraobjektives gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches ist z.B. Gegenstand der US-PS 1 866 581. Hierbei wird das abzubildende Objekt beleuchtet und die vom Objekt ausgehende Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit der Objektentferung gemessen. Da jedoch das fotometrische Abstandsgesetz außer der gesuchten Entfernung noch zwei weitere unbekannte Größen, nämlich Beleuchtungsstärke und Lichtstärke, enthält, mit der kameraseitigen MeEeinrichtung jedoch nur die Beleuchtungsstärke erfaBt werden kann, ist zur Ermittlung des wahren Abstandes noch ein weiterer Meßvorgang bzw. ein Eichvorgang erforderlich. Bei der Fokussiereinrichtung gemäß dem o.g. US-Patent wird diese zusätzliche Infornation dadurch erhalten, daß der tatsächliche momentane Obsektabstand vor Filmbeginn durch eine eigene Messung ermittelt wird und danach die kameraseitige Me3einrichtung nach dieser Anfangsentfernung geeicht wird. Bei im Laufe des Filmvorganges auftretenden Objektentfernungsänderungen wird dann die jeweils erforderliche Objektiveinstellung selbsttätig nachgesteuert.
  • Eine solche Fokussiereinrichtung ist relativ umständlich, da vor Filmbeginn für das jeweils scharf abzubildende Objekt ein eigner, von Hand auszuführender Eichvorgang erforderlich ist. Weiterhin erweist sich ein solches Verfahren auch insofern als wenig befriedigend, als die von Hand durchzuführende Eichung bei Schwankungen der Strahlstärke der Lichtquelle oder bei Änderungen der Objekt remission ihre Gültigkeit verliert.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und funktionssicheres Fokussierverfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem insbesondere auf spezielle Eichmessungen verzichtet werden kann und welches auch bei veränderter Remission des aufzunehmenden Objektes voll funktionsfähig bleibt.
  • Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, daß bei einem gegebenen Kamera-Objekt-Abstand das Objekt aus zwei unterschiedlichen Entfernungen beleuchtet wird, daß die beiden der jeweiligen Entfernung entsprechenden Beleuchtungsstärken gemessen werden, daß die beiden Meßsignale nach den fotometrischen Abstandsgesetz durch Quotientenbildung der beiden Meßsignale ausgewertet werden und daß das so gewonnene, der gesuchten Entfernung entsprechende Signal zur Steuerung der Objektiveinstellung verwendet wird.
  • Der Quotient der beiden Meßsignale hängt nach der Formel E (r) - < + r) 2 (1 a> E (r + a) nur mehr von der bekannten Differenz der Beleuchtungsabstände a und der gesuchten Entfernung r ab. E bedeutet hierbei die am Detektor vorhandene Beleuchtungsstärke.
  • Entscheidend ist, daß, wie aus der vorstehenden Formel ersichtlich, durch Quotientenbildung die Licht stärke I aus der Formel herausfällt. Durch Objektbeleuchtung aus zwei unterschiedlichen Entfernungen kann somit auf einfache Weise die tatsächliche Objektentfernung ermittelt werden, ohne daß hierzu, wie beim bekannten Stand der Technik, bei sich ändernder Entfernung die Meßeinrichtung jedesmal neu geeicht werden müßte.
  • Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete selbsttätige Fokussiereinrichtung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Lichtquelleneinrichtung zum Beleuchten des Objektes unter zwei verschiedenen Entfernungen bei festem Bamera-Objekt-Abstand, eine Entfernungseinrichtung zum Messen der beiden, vom Objekt ausgehenden, jeweils unterschiedlichen Beleuchtungsstärken, eine Recheneinrichtung zum Auswerten der beiden Meßsignale durch Quotientenbildung der Meßsignale und eine Steuereinrichtung zur Objektiveinstellung nach dem so ermittelten, dem Kamera-Objekt-Abstand entsprechenden Ausgangssignal der Recheneinrichtung.
  • Die Lichtquelleneinrichtung könnte z.B. aus einer Lichtquelle und einem Spiegel system zum alternierenden Verlängern und Verkürzen des Beleuchtungsstrahlenganges bestehen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal zwei in Richtung der optischen Achse des Objektives gegeneinander versetzte Lichtquellen vorgesehen sind. Hierbei sind keine mechanisch bewegbaren Teile, den Belichtungsstrahlengang schwächende Reflektionsflächen o dgl. erforderlich.
  • Um an der Lichtempfängereinrichtung die den beiden unterschiedlichen Entfernungen zwischen Lichtquelle und Objekt entsprechenden Signale auch getrennt empfangen zu können, könnten die beiden Lichtsender mit unterschiedlicher Prequenzmodulation betrieben werden. Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal ist es jedoch vorteilhaft, wenn ein die beiden bezüglich Strahlcharakteristik und Strahlenergie gleichen Lichtquellen alternierend in Betrieb setzender Taktgeber vorgesehen ist, so daß die beiden Messungen zeitlich aufeinanderfolgend durchgeführt werden.
  • Zweckmäßig ist es schließlich, wenn der Lichtempfängereinrichtung eine Auswahl- und Speichereinrichtung zum Auswählen und Speichern jeweils zweier einander zugeordneter Meßsignale nachgeschaltet ist, welche insbesondere von zwei mittels eines Taktgebers alternierend ansteuerbaren Momentanwertspeichern gebildet sein kann.
  • Eine besonders einfache Fokussiereinrichtung erhält man, wenn gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal zum Abgreifen der momentanen Objektivstellung ein lineares Fotentiometer vorgesehen ist. Hierbei können der durch Quotientenbildung der beiden X.eßwerte ermittelte Sollwert und der am Potentiometer abgegriffene Istwert in einem Komparator direkt miteinander verglichen werden, ohne daß eine eigene Recheneinrichtung vorgesehen sein müßte, welche die Gleichung E (r) / E (r + a) - (1 + a/r)2 nach einer geeigneten aktion von r auflöst.
  • Im folgenden wird ein Ausführungebeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Die einzige Figur zeigt hierbei das Funktionsschema einer erfindungsgemäßen Fokussiereinrichtung.
  • In der Figur ist mit 1 das Gerätegehäuse einer Laufbildkamera bezeichnet. In diesem Kameragehäuse ist ein Abbildungsobjektiv 2 in Pfeilrichtung A-B verschieblich gelagert.
  • Nahe der optischen Achse 3 sind zwei Strahlungsquellen 4, 5 angeordnet, denen jeweils eine Optik 6 bzw. 7 vorgeschaltet ist. Die beiden Strahlungsquellen besitzen jeweils gleiche Strahlcharakteristik und Strahlenergie. Die Lichtquellen und deren Optik sind so ausgerichtet, daß die zugehörigen Strahlengänge 8, 9 im wesentlichen parallel zur optischen Achse 3 verlaufen, damit das Meßfeld vorzugsweise zentral im Bildfeld des Abbildungsobjektives gelegen ist. Weiterhin verlaufen die beiden Strahlungsgänge parallel zueinander und liegen sehr dicht nebeneinander, um aufgrund möglicherweise unterschiedlicher Remissionsverhältnisse am anvisierten Objekt Fehlerquellen zu vermeiden.
  • Die beiden Lichtquellen 4, 5, welche vorzugsweise im nichtaktinischen Bereich des verwendeten Filmmaterials, bei konventionellem Filmmaterial also z.B. im Infraroten strahlen, sind in Richtung der optischen Achse um den Abstand a gegeneinander versetzt. Ein Taktgeber 10 steuert über Leitungen 11, 12 die Lampenstromversorgungseinheit 13 abwechselnd so an, daß die Lampen 4 und 5 alternierend betrieben werden.
  • Die vom Objekt in Richtung auf die Fokussiereinrichtung reflektierte Strahlung 14 wird durch das zur Steigerung der Empfindlichkeit des Empfängersystems möglichst großflächig ausgelegte Emp£ängerobjektiv 15 gesammelt und auf einen fotoelektrischen Empfänger 16, z.B. eine Silizium-Fotodiode oder eine Avalange-Diode, fokussiert. Das in der Diode 16 erzeugte Meßsignal wird in einen Verstärker 17 verstärkt und in jeweils einem der Momentanwertspeicher 18, 19 gespeichert. Hierbei speichert der Momentanwertspeicher 18 die aufgrund der Lampe 4 und der Momentanwertspeicher 19 die aufgrund der Lampe 5 erzeugten Meßwerte. Zur richtigen Auswahl der jeweiligen Meßwerte werden die Momentanwertspeicher 18, 19 über Leitungen 20, 21 vom Taktgeber 10 derart angesteuert, daß bei Aktivierung der Strahlungsquelle 4 der korrespondierende Meßwert vom Momentanwertspeicher 18 und bei Aktivierung der Lampe 5 der korrespondierende Meßwert vom Momentanwert speicher 19 festgehalten wird.
  • Die beiden in den Momentanwertspeichern 18, 19 gespeicherten Meßwerte werden anschließend der Recheneinheit 22 zugeführt, in welcher der Quotient der beiden Meßwerte gebildet wird. Mittels eines Objektivstellungsgebers 23 wird ein der augenblicklichen Objektivposition entsprechendes, in bekannter Weise an einem linearen Potentiometer über einen Schleifwiderstand abgegriffenes Positionssignal, welches der am Objektiv 2 eingestellten Entfernung entspricht, dem einen Eingang eines Komparators 24 zugeführt.
  • Den anderen Eingang des onparators 24 wird das der Objektentfernung entsprechenende Ausgangssignal des euotientenbilders 22 unter Zwischenschaltung eines Tiefpasses 25, an welchem die erwünschte Meßsignalkonstanz eingestellt werden kann, zugeführt. Die Stellinformation wird dann mit einer durch den RC-Wert des Tiefpasses bestimmten Verzögerung an die Stellvorrichtung 26 des Objektives 2 weitergegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wurde im Zusammenhang mit einer Laufbildkamera beschrieben. Selbstverständlich ist es ebenso zur Verwendung in einer Stehbildkamera geeignet. Ebenso ist ohne weiteres ersichtlich, daß das Verfahren auch zur Entfenungsmessung geeignet ist, wobei anstelle des Komparators und der Stelleinrichtung für das Cbjektiv lediglich eine geeignete Anzeigevorrichtung für die gemessene Entfernung vorzusehen ist.

Claims (7)

  1. Ansprüche 1. Verfahren zum selbsttätigen Fokussieren eines Kameraobjektives auf ein abzubildendes Objekt, wobei von einer Lichtquelle Licht auf das abzubildende Objekt geworfen wird, die von diesem Objekt ausgehende Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit verschiedener Objektentfernungen gemessen wird und die sich aufgrund verschiedener Beleuchtungsstäken ergebenden verschiedenen Meßsignale unter Zugrundelegung des fotometrischen Abstandsgesetzes E a I/r2 ausgewertet und zur Steuerung der Objektiveinstellung verwendet werden, wobei E die Beleuchtungsstärke in Abstand r des Objektes der Lichtstärke I bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem gegebenen Kamera-Objekt-Abstand das Objekt aus zwei unterschiedlichen Entfernungen beleuchtet wird, daß die beiden der jeweiligen Entfernung entsprechenden Beleuchtungsstärken gemessen werden, daß die beiden Meßsignale nach dem fotometrischen Abstandsgesetz über Quotientenbildung der beiden Meßsignale ausgewertet werden und daß das so gewonnene, der gesuchten Entfernung entsprechende Signal zur Steuerung der Objektiveinstellung verwendet wird.
  2. 2. Selbsttätige Fokussiereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Lichtquelleneinrichtung (4-7) zum Beleuchten des Objektes unter zwei verschiedenen Entfernungen bei festem Kamera-ObJekt-Abstand, eine Lichtempfängereinrichtung (15 - 17) zum Messen der beiden vom Objekt ausgehenden, jeweils unterschiedlichen Beleuchtungsstärken, eine Recheneinrichtung (22) zum Auswerten der beiden Meßsinale über Quotientenbildung der Meßsignale, und eine Steuereinrichtung (23 - 26) zur Objektiveinstellung nach dem so ermittelten, dem Xamera-Objekt-Abstand entsprechenden Ausgangssignal der Recheneinrichtung.
  3. 3. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in Richtung der optischen Achse (3) des Objektives (2) gegeneinander versetzte Lichtquellen (4,5) vorgesehen sind.
  4. 4. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein die beiden bezüglich Strahlcharakteristik und Strahlenergie gleichen Lichtquellen (4, 5) alternierend in Betrieb setzender Taktgeber (10) vorgesehen ist.
  5. 5. Fokussiereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfängereinrichtung (15 - 17) eine Auswahl- und Speichereinrichtung (19, 20) zum Auswählen und Speichern jeweils zweier einander zugeordneter Meßsignale nachgeschaltet ist.
  6. 6. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfängereinrichtung (15 - 17) zwei mittels eines Taktgebers (10) alternierend ansteuerbare omentanwertspeicher (19, 20) nachgeschaltet sind.
  7. 7. Fokussiereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abgreifen der momentanen Objektivstellung ein lineares Potentiometer vorgesehen ist.
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