DE2916569A1 - System zur automatischen fokussierung einer kamera - Google Patents

Description

POLAROID COßPOEATION in Cambridge (Massachusetts, USA)

System zur automatischen Fokussierung einer Kamera

Die Erfindung betrifft ein System zur automatischen Fokussierung einer Kamera, insbesondere einer Bildfilmkamera, sowie mit einem solchen Fokussierungssystem ausgestattete Kameras.

Es ist bereits ein Fokussierungssystem für Bildfilmkameras vorgeschlagen worden, bei dem das Kameraobjektiv jeweils in eine nachfolgend als Fokussierungsstellung bezeichnete Stellung gebracht wird, in welcher der aufzunehmende Gegenstand im Bildfenster der Kamera scharf abgebildet wird, wobei diese Objektivverstellung durch TifTwr entfernungsabhängige Impulse bewirkt wird, die bei Empfang von Echoimpulsen von dem seitens der Kamera mit Ultraschallimpulsen angestrahlten aufzunehmenden Gegenstand erzeugt werden.

"5 Sobald das Objektiv die Fokussierungsstellung erreicht, wird der Ultraschallsender jeweils eingetastet und es erfolgt ein neuer Entfernungsmeßvorgang, so daß das Objektiv bei einer Entfernungsänderung eines bewegten auf zunehmend en Gegenstandes laufend entsprechend verstellt wird. Die Nachlaufbewegung des Objektivs entsprechend der Bewegung des aufzunehmenden Gegenstandes erfolgt somit in Schritten, die von der

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Zeit abgehen, die das Objektiv jeweils zur Bewegung in seine neue Fokussierungsstellung benötigt.

Bei dem Fokussierungssystem nach diesem älteren Vorschlag definieren die entfernungsabhängigen Impulse Zeitintervalle, die proportional der Entfernung des aufzunehmenden Gegenstandes von der Kamera sind, wobei die Funktion Gegenstand/Objektiv, welche die Beziehung zwischen der Entfernung des aufzunehmenden Gegenstandes und der entsprechenden Fokussierungsstellung des Objektivs angibt, parametrisch mit der Zeit verknüpft ist. Die summierten Ausgangssignale eines eine Zeitskala erzeugenden Zeitgebers, dessen Impulsfolge sich entsprechend der Ableitung der Funktion Objektiv/Gegenstand nach der Zeit ändert, ergibt als Integration dieser Ableitung wieder die Funktion selbst, so daß am Ende jedes durch einen entfernungsabhängigen Impuls definierten Zeitintervalls die Anzahl der vom Zeitgeber erzeugten Impulse einer Zahl entspricht, welche die Fokussierungsstellung des Objektivs angibt. Diese Zahl wird in einem Register gespeichert, dessen Speicherinhalt oder Registerstand vom Speicherinhalt bzw. Registerstand eines zweiten Registers abgezogen wird, welches durch eine Zahl die vorhergehende Fokussierungsstellung des Objektivs angibt. Das Vorzeichen dieser Differenz ist bestimmend, für den Drehsinn, mit dem ein reversierbarer Motor, der mit dem Objektiv gekuppelt ist, eingeschaltet wird, während der Betrag dieser Differenz für den Verstellweg des Objektivs

JO in die neue Folussierungsstellung maßgeblich ist. Es ist somit die absolute Stellung des Objektivs (d.h. seine Stellung bezogen auf einen festen Bezugspunkt) nicht bekannt, so daß ein bei der Entfernungsmessung durch einen Storimpuls oder durch einen ver-

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lor enge gangenen Impuls verursachter Fehler "bei der Verstellung des Objektivs aufgrund des nächsten Entfernungsmeßvorganges bestehen bleibt und sich -die Fehler kumulieren.

Die Erfindung zielt darauf ab, ein Fokussierungssystem zu schaffen, das einerseits eine große Stetigkeit der Objektivverstellung gewährleistet und anderseits Fehler, die durch Störimpulse oder durch Ausfall von Impulsen bei einem Entfernungsmeßvorgang hervorgerufen werden könnten, bei den nachfolgenden Meßvorgängen wieder beseitigt werden.

Bei einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Fokussierungssystem werden periodisch Impulse erzeugt, die ein der Entfernung des aufzunehmenden Gegenstandes abhängiges Oharakteriatikum aufweisen, wobei die entsprechende Fokussierungsstellung des Objektivs für jeden dieser Impulse durch eine Zahl repräsentiert wird und diese Zahl in einem ersten Register gespeichert wird. Der Speicherinhalt oder Registerstand in diesem Register ändert sich daher bei einer Änderung der Entfernung des aufzunehmenden Gegenstandes von der Kamera mit einer Geschwindigkeit, die von der Folgefrequenz der entfernungsabhängigen Impulse abhängt, aber im Gegensatz zu der Arbeitsweise des einleitend geschilderten Fokussierungssystem^ nach dem älteren Vorschlag unabhängig von der Zeit ist, die erforderlich ist, um das Objektiv aus einer früheren Fokussierungsstellung in die neue zu verstellen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner die jeweilige tatsächliche Stellung des Objektivs ermittelt und durch eine Zahl ausgedrückt, die in einem zweiten Register gespeichert wird, dessen Speicherinhalt bzw.

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Registerstand sich, demnach in Abhängigkeit von Objektivverstellungen mit einer Geschwindigkeit ändert, die proportional der Geschwindigkeit der Stellungsänderungen des Objektivs ist. Die Speicherinhalte der beiden Eegister werden miteinander verglichen werden, um zu ermitteln, welcher Eegisterstand der höhere ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein reversierbarer Motor, der mit dem Objektiv zwecks Verstellung desselben gekuppelt ist, bei ungleichen Eegisterständen in Drehung versetzt und bei gleichen Registerständen stillgesetzt. Der Drehsinn des Motors ist dabei davon abhängig, welches der beiden Eegister den höheren Eegisterstand hat.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der reversierbare Motor erst in Drehung versetzt, wenn festgestellt worden ist, daß eines der beiden Eegister nach einer vorgegebenen Anzahl von Meßperioden bei einer größeren Anzahl dieser Meßperioden einen höheren Eegisterstand hatte als das andere, wobei der Drehsinn des Motors davon abhängt, welches der beiden Register diese Majorität an hohePt Eegisterstand hatte. Auch bei dieser letzteren Ausführungsform wird eine weitere Drehung des Motors bei Er- reichen gleicher Eegisterstände in den beiden Eegistern verhindert.

Infolge der Erzeugung periodischer entfernungsabhängiger Impulse und der laufenden Änderung des Eegisterstandes des ersten Eegisters während der Zeit, in JO der sich das Objektiv in Eichtung zu der lOkussierungsstellung bewegt, in welcher der aufzunehmende Gegenstand scharf abgebildet wird, erfolgt eine sanfte

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und weitgehend stetige Objektivverstellung, die keine Abstufungen oder Unstetigkeiten aufweist. Ferner werden allfällige Zählfehler, die während einer Entfernungsmessung auftreten, durch nachfolgende Entfernungsmeßvorgänge korrigiert, weil jeweils die absolute Objektivstellung für den die Objektivverstellung auslösenden Vergleich herangezogen wird. Insgesamt ergeben diese Verbesserungen des automatischen Fokussierungssystems eine bessere Erfassung von Gegenständen, deren Entfernung von der Kamera sich im Verlauf einer Aufnahme ändert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in Seitenansicht eine Filmkamera, in der schematisch ein erfindungsgemäßes System eingezeichnet ist;

Fig. 2 in perspektivischer Ansicht das Objektiv einer Filmkamera mit einem Kodiermechanismus, durch den die jeweilige Stellung des Objektivs in

der Kamera in eine diese Stellung repräsentierende Zahl umgewandelt wird;

Fig. 3 das Blockschema eines automatischen Fokussierungssystems gemäß der Erfindung;

Fig. 4 das Blockschema einer anderen Ausführungsform

der Antriebseinrichtung des Systems nach Fig. 3;

Fig. 5 Zeitdiagramme, aus denen die relativen Zeitlagen der verschiedenen Impulse in den Systemen nach Fig. 3 oder 4 erkennbar sind;

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Pig. 6 eine Tabelle, welche ein Beispiel für die

Arbeitsweise der Majoritäts-Logik in Fig. 4 angibt.

In Fig. 1 ist eine Bildfilmkamera 10 dargestellt, die mit einem nur schematisch gezeigten erfindungsgemäßen System zur automatischen Entfernungseinstellung ausgestattet ist. Die Kamera hat ein Gehäuse 11, an dessen Unterseite ein Handgriff 12 angebracht ist, mit dem der Kameramann die Kamera so halten kann, daß ein aufzunehmender Gegenstand 13 von dem verstellbaren Kameraobjektiv 14 in der Bildebene 15 scharf abgebildet wird, wenn durch Betätigung des Verschlusses 16 eine Belichtung erfolgt. Eine dem Verschluß 16 vorgeschaltete Blende 17 und das Objektiv 14 sind maßgeblich für die in der Bildebene 15 einfallende Lichtmenge. Die Blendenöffnung wird von einem aktivierbaren Photometer 18 in Abhängigkeit von der Helligkeit der aufzunehmenden Szene gesteuert.

Ferner befindet sich im Gehäuse 11 ein automatisches Fokussierungssystem 19, das nach seiner Aktivierung das Objektiv 14 in Abhängigkeit von der Entfernung des aufzunehmenden Gegenstandes 13 von der Kamera 10 und von Änderungen dieser Entfernung so verstellt, daß stets ein scharfes Bild des aufzunehmenden Gegenstandes in der Bildebene 15 erhalten wird. Ein im Handgriff der Kamera angeordneter Schalter 24, der mit einer (nicht dargestellten) Batterie verbunden ist und vom Ballen der die Kamera am Griff 12 haltenden Hand des Kameramannes mittels eines schwenkbaren Drückers 25 betätigt wird, bewirkt die Inbetriebnahme des Photometers 18 und des automatischen Fokussierungssystems 19· Der Schalter 24 legt ferner Batteriespannung an einen Schalter 21 im Stromkreis des Antriebsmotors

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der Kamera, um auf die später beschriebene Weise eine Filmaufnahme zu ermöglichen.

Der ebenfalls im Gehäuse 11 untergebrachte Motor 20 treibt nach Schließen des mit einem Drücker 23 betätigbaren Schalters 21 den üblicherweise als Sektorenblende ausgebildeten Verschluß 16 und einen (nicht dargestellten) Greifer an, der den Film schrittweise an dem hinter dem Verschluß 16 angeordneten Bildfenster vorbeitransportiert. Schließlich ist noch ein Sucher 26 vorgesehen, der es dem Kameramann ermöglicht, die Kamera auf die aufzunehmende Szene zu richten.

Zum Gebrauch erfaßt der Kameramann die Kamera 10 am Handgriff 12 und richtet sie mit Hilfe des Suchers 26 auf den aufzunehmenden Gegenstand 13. Beim Halten der Kamera am Handgriff 12 wird durch Betätigung des schwenkbaren Drückers 25 der Schalter 24 geschlossen, wodurch dem Photometer 18 und dem automatischen Fokussierungssystem 19 Betriebsspannung zugeführt wird. Das Photometer 18 stellt automatisch die Öffnung der

2^ Blende 17 entsprechend der Helligkeit der aufzunehmenden Szene ein, während vom automatischen Fokussierungssystem gegen den aufzunehmenden Gegenstand 15 Ultraschallimpulse ausgesendet werden, von denen zwei in Fig. 1 angedeutet und mit 27A und 27B bezeichnet sind.

Die vom Gegenstand 13 reflektierten Impulse 28A und 28B werden vom Wandler des automatischen Fokussierungssystems 19 wieder aufgenommen.

Es versteht sich, daß der durch den Sendeimpuls 27A am Gegenstand 13 ausgelöste Echoimpuls 28A vom System 19 schon vor der Aussendung des nächsten Sendeimpulses 27B aufgenommen wird. Mit anderen Worten ist das automatische Fokussierungssystem, das im Rahmen der Er-

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findung verwendet wird, ein Einzelimpulssystem, bei dem die richtige lOkussierungsstellung des Objektivs nach jedem Sendeimpuls neu ermittelt wird.

Das System 19 ermittelt zu diesem Zweck das zwischen der Aussendung des Impulses 27A und dem Empfang des Echoimpulses 28A verstrichene Zeitintervall, das proportional der Entfernung des Gegenstandes von der Kamera ist. Nach dieser Entfernungsmessung bewirkt das System 19 eine Verstellung des Objektivs 14 in die lOkussierungsstellung, wonach durch Auslösung des Verschlusses 16 ein scharfes Bild des aufzunehmenden Gegenstandes in der Bildebene 15 erhalten wird. Wie schon erwähnt, erfolgt eine Auslösung des Verschlusses 16 nur, wenn der Kameramann den Drücker 23 betätigt und dadurch den Schalter 21 schließt, über den der Motor 20 gespeist wird. Das automatische Fokussierungssystem 19 bleibt anderseits so lange in Betrieb, wie der Kameramann die Kamera 10 am Handgriff 12 festhält, wobei andauernd die Entfernung des aufzunehmenden Gegenstandes ermittelt und das Objektiv 14 entsprechend der ermittelten Entfernung eingestellt wird, so daß sowohl vor als auch während der !Filmaufnahme Entfernungsänderungen des aufzunehmenden Gegenstandes erfaßt werden.

Einzelheiten des automatischen IPokussierungssystems sind in den l?ig. 3 ^is 5 dargestellt, auf die nun Bezug genommen wird. Bei Schließen des Schalters 24 wird Betriebsspannung U an die verschiedenen Bestandteile des Systems 19 angelegt und insbesondere eine zyklisch arbeitende Programmierstufe 31 iD- Gang gesetzt, um das Ausgangssignal eines Oszillators 32 in zwei Impulsreihen, nämlich eine Eintast- und eine Rückstellimpulsreihe, zu teilen, die gleiche Polge-

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frequenz haben, aber in der Phase gegeneinander verschoben sind. Die am Ausgang 33 auftretende Eintastimpulsreihe MES kann eine Impulsperiode zwischen 100 und 200 ms haben; bevorzugt wird eine Folgefrequenz von 6 - 8 Hz (vgl. die Impulse 40 in Fig. 5). Die Rückstellimpulsreihe RST am Ausgang 34 ist gegenüber der Eintastimpulsreihe MES um etwa 50 ms verzögert, d.h. um einen Betrag, der unter normalen Druck- und Temperaturbedingungen größer ist als die für den Hin- und Rücklauf der Impulse bei Gegenstandsentfernungen von etwa 7,2m von der Kamera (entsprechend der Unendlicheinstellung des Objektivs) erforderliche Laufzeit. Ein solches System ermöglicht den Empfang aller Echoimpulse von Gegenständen bis zu einer Entfernung von 7»2 m von der Kamera im Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Rückstellimpulsen RST (vgl. die Impulse 44 in Fig. 5).

Ein Sende- und Austastgenerator 35 _? dem die Impulse MES zugeführt werden, veranlaßt einen Wandler 36, periodisch Sendeimpulse abzustrahlen, von denen in Fig* 3 zwei angedeutet und mit 27A und 27B bezeichnet sind.

Der durch Reflexion des Sendeimpulses 27A am aufzunehmenden Gegenstand ausgelöste Echoimpuls 28A wird vom Wandler 36 wieder aufgenommen und einem Empfangsverstärker 37 zugeführt. Der Verstärkungsgrad dieses Empfangsverstärkers 37 wird von einem Sägezahngenerator 37A so gesteuert, daß die Empfindlichkeit des Empfängers für Echoimpulse von weiter entfernten Gegen-

J>0 ständen zunimmt. Das Aus gangs signal des Empfängers 37 wird einem Detektor 38 zugeführt, der die in Fig. 5 mit STR bezeichneten Echoimpulse liefert, wobei das Zeitintervall D zwischen einem Sendeimpuls 40 und dem

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■von diesem ausgelösten Echoimpuls 39 proportional der Entfernung des reflektierenden Gegenstandes von der Kamera ist.

Dieses Zeitintervall wird in Verbindung mit einem eine Zeitskala erzeugenden Zeitgeber 41 dazu verwendet, das Ergebnis der Entfernungsmessung durch eine Zahl auszudrücken, welche die richtige Fokussierungsstellung des Objektivs 14 angibt. Das Ausgangesignal des Zeitgebers 41 ist eine Reihe von Impulsen, deren Abstände sich mit der Zeit in gleicher Weise ändern wie die Ableitung der !Punktion Objektiv/Gegenstand, welche die Beziehung zwischen der Gegenstandsentfernung und der entsprechenden Fokussierungsstellung des Objektivs angibt. Das Ausgangssignal des Zeitgebers 41 wird durch Summierung der von ihm erzeugten Impulse in einem Binärzähler 42 integriert, so daß der Zählerstand des Zählers 42 in jedem Zeitpunkt das Integral der Ableitung der Punktion Objektiv/Gegenstand, ausgehend vom Sendezeitpunkt des Sendeimpulses 40, darstellt. Demnach ist der Stand des Zählers 42 im Zeitpunkt des Auftretens des Echoimpulses 39 gleich dem bestimmten Integral der Ableitung der Funktion Objektiv/Gegenstand, u.zw. in Form einer Zahl, welche die lOkussierungsstellung des Objektivs 14 für einen Gegenstand angibt, dessen Entfernung von der Kamera dem Zeitintervall zwischen dem Sendeimpuls 40 und dem Echoimpuls 39 entspricht.

Der im Ausgang des Detektors 38 auftretende Echoimpuls 39 wird als Schiebebefehl für ein Schieberegister 43 verwertet, dessen parallele Eingänge mit den parallelen Ausgängen des Binärzählers 42 verbunden sind, so daß beim Auftreten des Echoimpulses 39 der Zählerstand des Zählers 42 in das Schieberegister 4J übertragen wird. Demnach stellen der Wandler 36, der

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Empfangsverstärker 371 der Detektor 58, der Binärzähler 42 und das Schieberegister 45 den auf den Echoimpuls ansprechenden Teil des Systems dar, welcher die richtige Fokussierungsstellung des Objektivs 14 durch eine ihr zugeordnete Zahl angibt. Wie aus Fig. hervorgeht, tritt kurz nach dem Echoimpuls 59 ein Eückstellimpuls 44 auf, durch den der die Zeitskala bildende Zeitgeber 41 und der Binärzähler 42 zurückgestellt werden und der Sende- und Austastgenerator für die Aussendung des nächsten Sendeimpulses 40 vorbereitet wird. Ferner wird auch der Sägezahngenerator 57A zurückgestellt, so daß sich die geschilderten Arbeitsvorgänge bei Eintreffen des nächsten Echoimpulses 59 wiederholen und der neue Stand des Binärzählers 42 in das Schieberegister 45 übertragen wird. Die im Register 45 enthaltene Zahl ändert sich daher bei jeder Änderung der Entfernung zwischen dem aufzunehmenden Gegenstand und der Kamera, u.zw. mit einer von der Folgefrequenz der Sendeimpulse 40 abhängigen

2C Geschwindigkeit.

Zur Ermittlung der jeweiligen tatsächlichen Stellung des Objektivs dient ein Dekoder 44, der vorzugsweise mit dem Gray-Kode arbeitet und nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben wird, die eine vorteilhafte Ausführungsform des Objektivstellungs-Dekoders darstellt. Gemäß Fig. 2 sitzt das von einer Fassung und einem Linsensystem 70 gebildete Objektiv 14 derart drehbar auf einer am Kameragehäuse 11 montierten Hülse mit einem Schraubgewinde 7^ ■> daß eine Drehung der

5C Objektivfassung eine axiale Verschiebung des Linsensystems 70 bewirkt. Die Ganghöhe des Schraubgewindes 71 ist so gewählt, daß eine Drehung von wesentlich weniger als 560° genügt, un; das Objektiv 14 in axialer Richtung aus der seiner der extremen Nahaufnahme ent-

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sprechenden axialen Stellung in die TTnendücheinstellung zu verschieben. Zur Drehung des Objektivs 1-ist zwischen einem diese Drehung bewirkenden Motor 5 "* und einem an der Mantelfläche der Objektivfassung vorgesehenen Zahnkranz ein Zahnradgetriebe 72 angeordnet. In diesen Getriebezug ist eine (nicht dargestellte) Schlupfkupplung eingefügt, um ein Weiterdrehen des Motors bei Erreichen der durch Anschläge festgelegten beiden Extremstellungen des Objektivs zu ermöglichen.

An der Objektivfassung ist eine sich mit dem Objekti/ 14 mitdrehende Kodierscheibe 75 befestigt, die entsprechend einem Gray-Kode ausgebildete Kodemarken 74 trägt. Diesen Kodemarken ist eine entsprechende Anza JL von Photozellen 73 und Lichtquellen zugeordnet, so daß der Ausgang jeder Photozelle 73 ein Bit einer vollständigen Information über die jeweilige Winkellage des Objektivs 14 angibt. Um den gewünschten Genauigkeitsgrad bezüglich der jeweiligen axialen Stellung des Objektivs 14 zu erhalten, muß eine Winkelinformation mit einer entsprechenden Anzahl von Bits erzeugt werden.

Nun wird wieder auf Pig. 3 Bezug genommen, aus der hervorgeht, daß der Objektivstellungs—Dekoder 44 mit einem den Gray-Kode in einen normalen Binärkode umsetzende ι Register 45 verbunden ist, das es ermöglicht, die je weils vom Objektiv 14 eingenommene Stellung ebenfall j durch eine Binärzahl auszudrücken.

Zusammenfassend ergibt sich somit, daß das Register in Pig. 3 eine der gewünschten Pokussierungsstellung des Objektivs entsprechende Zahl angibt, die sich in Abhängigkeit von der Entfernung des aufzunehmenden Gegenstandes mit einer von der Folgefrequenz der Senieimpulse abhängigen Geschwindigkeit ändert, welche so groß ist, daß durch sich bewegende Personen verursachte

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Entfernungsänderungen erfaßt werden. Das Register 45 speichert anderseits eine Zahl, welche die tatsächliche Objektivstellung angibt und sich bei einer Verstellung des Objektivs mit einer Geschwindigkeit ändert, die proportional der Verstellungsgeschwindigkeit ist. Der jeweilige Stand des Registers 45 ist somit unabhängig von der Geschwindigkeit, mit welcher der Stand des Registers 43 auf Grund von Entfernungsänderungen nachgestellt wird.

1<i Die als Zahlen vorliegenden Registerstände der Register 43 und 45 werden nun in einem Komparator 47 miteinander verglichen, um festzustellen, welches Register die größere Zahl anzeigt. Da sich beide Registerstände auf den gleichen Bezugspunkt beziehen, weil sowohl die

Λ~> Fokussierungsstellung als auch die tatsächliche Stellung des Objektivs vom gleichen Ausgangspunkt aus gemessen werden, sind die Registerstände gleich, wenn die tatsächliche Objektivstellung mit der Fokussierungsstellung übereinstimmt. Wenn ein Register eine größere Zahl anzeigt als das andere, so bedeutet dies, daß die tatsächliche Objektivstellung von der Fokussierungsstellung um einen der Zahlendifferenz entsprechenden Betrag abweicht. Ob die tatsächliche Objektivstellung auf der einen oder anderen Seite der Fokussierungs-

2' stellung liegt, hängt natürlich davon ab, welches der beiden Register die größere Zahl anzeigt. In Kenntnis des Vorliegens einer Differenz der Registerstände und des Registers mit dem höheren Registerstand kann der Antriebskreis 48 für das Objektiv 14 so gesteuert werden, daß das Objektiv im Sinne einer fortlaufenden Fokussierung allen Änderungen der Entfernung des aufzunehmenden Gegenstandes von der Kamera folgt.

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Der Komparator 47 hat zu diesem Zweck zwei Ausgänge

49 und 50. In diesen Ausgängen 49 und 50 tritt nur dann ein Signal auf, wenn der Stand des zugeordnete!. Registers 43 bzw. 45 den Stand des jeweils anderen Registers übertrifft. Wenn die durch Zahlen ausgedrückten Registerstände mit A und B bezeichnet werden, so tritt bei A>B am Ausgang 49 und bei B>A am Ausgai g

50 ein Signal auf.

Ein reversibler Motor 5"U der durch eine nur schematisch angedeutete mechanische Verbindung 52 mit dem Objektiv 14 gekuppelt ist, kann durch Steuerkreise *>3 und 54 mit Vorwärts- oder Rückwärtsdrehsinn angetrieben werden. Der Steuerkreis 49 wird durch ein Signal im Komparatorausgang 49 aktiviert und schaltet den Motor 51 mit Vorwärtsdrehsinn ein, wobei der Stand des Registers 45 zunimmt und das Signal im Komparatorausgang 49 gegen Null strebt. Ob dieser Signalzustand Null erreicht wird, hängt jedoch davon ab, was gleichzeitig im Register 43 vor sich geht, d.h. ob sich die Entfernung des aufzunehmenden Gegenstandes ändert oder nicht.

Analog bewirkt ein Signal am Komparatorausgang 50 über den Steuerkreis 54- eine Inbetriebnahme des Motors

51 mit Rückwärtsdrehsinn, wodurch das Objektiv 14

entgegengesetzt gedreht und axial verschoben wird, 30 daß der Stand des Registers 45 abnimmt. Auch diese. Verstellbewegung des Objektivs hat die Tendenz, das Signal im Komparatorausgang 50 zum Verschwinden zu bringen, falls der aufzunehmende Gegenstand stationär ist. Wenn an keinem der Komparatorausgange 49 und 50 ein Signal vorliegt, wird auch keiner der Steuerkreise 53 und 54 aktiviert und der Motor 51 verharrt im Stillstand. Wie schon erwähnt, ergeben sich diese Ver-

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hältnisse, sobald die tatsächiiehe Objektivstellung und mit der Fokussierungsstellung für den aufzunehmenden Gegenstand übereinstimmt.

Bei einer Änderung der Gegenstandsentfernung ändern sich die Zeitintervalle zwischen den Sendeimpulsen und den Echoimpulsen 39 direkt proportional, wodurch die Übertragung des Zählerstandes vom Zähler 42 in das Schieberegister 43 jeweils in einem anderen Zeitpunkt, bezogen auf den Anfang der vom Zeitgeber 41

1C festgelegten Zeitskala, erfolgt. Die im Schieberegister 43 gespeicherte Zahl ändert sich daher und diese Änderung wirkt sich auf der Ausgangsseite des !Comparators 47 aus, indem die Motorsteuerkreise 53 und 54 in solcher Weise aktiviert werden, daß das Objektiv 14

1f. in die Fokussierungsstellung gebracht wird, wobei die Differenz zwischen den Registerständen in den Registern 43 und 45 verschwindet. Da die jeweilige Stellung des Objektivs 14 vom Dekoder 44 in Form einer absoluten Zahl ermittelt wird, werden allfällige Fehler, die

2C während der Entfernungsmessungen infolge verlorener eigener oder zusätzlicher fremder, die Registerstände in den Registern 43 und 45 beeinflussender Impulse entstehen könnten, bei der jeweils nächsten Entfernungsmessung sofort wieder korrigiert, so daß das ganze System selbstkorrigierend wirkt.

Beim Filmen eines bewegten Gegenstandes, dessen Entfernung von der Kamera während der Aufnahmezeit im wesentlichen konstant bleibt, kann die Bewegung des Gegenstandes die Reflexionsbedingungen für die Sende-3C impulse, welche die Echoimpulse 39 auslösen, ändern, so daß Echoimpulse verlorengehen. Ferner kann es vorkommen, daß ein Gegenstand während der Aufnahmezeit seine Entfernung von der Kamera zwar geringfügig

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ändert, daß es aber nicht erwünscht ist, dieser Entfernungsänderung zu folgen, um unerwünschte visuelle Effekte "bei der Reproduktion der aufgenommenen Szene zu vermeiden,

Ein für diese Fälle günstiger, abgeschwächter Nachleuf des Objektivs 14 und eine kontinuierlichere Änderung der Objektivstellung beim Fokussieren können mit der schematisch in Fig. 4 gezeigten Antriebsschaltung 4£A erzielt werden, die eine Modifikation der Antriebsschaltung 48 nach Fig. 3 darstellt. Die Antriebsschaltung 48A nach Fig. 4 enthält zwei Abfrage- und Speicherkreise 60 und 61, die den Ausgängen 49 bzw. des !Comparators 47 zugeordnet sind. Jeder dieser Abfrage- und Speicherkreise enthält ein Schieberegister 62 bzw. 63 mit seriengeschalteten Zellen (von denen vier angedeutet sind, deren Anzahl aber nicht wesentlich ist), wobei die Eingangszelle 62A des Registers 62 mit dem Komparatοrausgang 49 und die Eingangszelle 63A des Registers 63 mit dem Komparatorausgang 50 verbunden ist. Der Zustand der Eingangszelle dieser Register hängt vom Vorhandensein oder Uichtvorhandensein eines Signals an dem Komparatorausgang ab, mit dem sie verbunden ist. Die Verschiebung des Inhaltes von einer Zelle des Schieberegisters in die Nachbarzelle erfolgt durch Anlegen eines Schiebeimpulses RGD an das betreffende Schieberegister, "wie dies in Fig. 4 angedeutet ist. Die Schiebe impulse RCD werder. durch Verzögerung der Echoimpulse 39 in. einem Verzögerungskreis 65A erhalten.

Die in Fig. 5 erkennbare zeitliche Verzögerung a des Schiebeimpulses 64 auf der Zeitlinie RCD gegen den Echoimpuls 39 auf der Zeitlinie SCDR beträgt etwa 10 ms. Jedesmal, wenn die Entfernung des aufzunehmer.den

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Gegenstandes ermittelt und eine die Fokussierungsstellung des Objektivs angebende Zahl im Register gespeichert wird, werden die Inhalte aller Zellen in den Registern 62 und 63 um eine Zelle verschoben.

Diese Verhältnisse sind in der Tabelle nach Fig. 6 angegeben, die beispielsweise davon ausgeht, daß knapp vor dem Auftreten des ersten Schiebeimpulses die im Register 43 gespeicherte Zahl A größer ist als die im Register 45 gespeicherte Zahl B, so daß im Komparatorausgang 49 und daher auch im Eingang des Registers bei Auftreten des 1. Schiebeimpulses RCD ein Signal vorliegt. Wird dieser Signalzustand im Komparatorausgang 49 mit der Binärzahl Λ bezeichnet, so wird diese Λ durch den Ί. Schiebeimpuls in die Zelle 62A über-

1"-"ϊ tragen. In Fig. 6 ist beispielsweise angenommen, daß bei Auftreten des 2. Schiebeimpulses die gleichen Verhältnisse vorliegen, bei Auftreten des 3· Schiebeimpulses die Stände der Register 43 und 45 übereinstimmen, bei Auftreten des 4. Schiebeimpulses der Stand des Registers 45 den Stand des Registers 43 übertrifft und schließlich bei Auftreten des 5· Schiebeimpulses der Stand des Registers 43 den Stand des Registers 45 übertrifft. Bei jedem Auftreten eines Schiebeimpulses werden die Binärzahlen Λ oder O jeweils zur nächsten Zelle verschoben. Demgemäß enthalten nach dem 5· Schiebeimpuls die 5 Zellen des Schieberegisters 62 die in der Tabelle nach Fig. 6 in der Spalte A angegebenen Binärzahlen, während die 5 Zellen des Schieberegisters 62 die in der Spalte B angegebenen Binärzahlen enthalten.

Dem Schieberegister 6? ist ein erstes logisches Majoritätsgatter 65 und dem Schieberegister 63 ein zweites logisches Majoritätsgatter 66 zugeordnet. Jedes dieser logischen Gatter prüft die Speieherinhalte

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der Zellen im zugeordneten. Schieberegister und liefert jeweils dann ein Ausgangssignal, wenn die Majorität der Zellen in dem betreffenden Schieberegister einer vorgegebenen, im Beispiel durch die Binärzahl 1 angezeigten Speicherinhalt haben, die durch das Vorhar,den-■ sein eines Signals im zugeordneten Komparatorausgang. erzeugt worden ist. Im Beispiel nach S"ig. 6 enthält die Majorität der Zellen des Schieberegisters 62, nämlich 3 von 5 Zellen die Binärzahl 1, was dem Begisterstand A> B entspricht und zur Folge hat, daß im Ausgang des Majoritätsgatters 65 ein Signal auftritt.

Durch das Signal im Ausgang des Gatters 65 wird der Steuerkreis 53 für den Motor 51 aktiviert, wodurch cer Motor mit Vorwärtsdrehsinn eingeschaltet wird. Bei einem Signal im Ausgang des Gatters 66 wird der Steuerkreis 54- aktiviert und der Motor 51 mit Eückwärtsdrehsinn eingeschaltet. Der Komparator 47 hat einen dritten Ausgang 47, an dem Gleichheit der Eegisterstände in den Begistern 43 und 46, also A = B, durch ein Signal ar-"_ gezeigt wird, das den Steuerkreisen 53 und 54 als inhibierendes Signal zugeführt werden kann, um eine Einschaltung des Motors 51 überhaupt zu verhindern. Das Vorhandensein eines Signals im Ausgang eines dei Majoritätsgatter 65 und 66 bewirkt somit die Inbetriebnähme des Motors 51» v^ das Objektiv 14 in solchem Sinne zu verstellen, daß Gleichheit der Eegisterstäide in den Eegistern 43 und 44 erhalten wird. Das Objektiv 14 befindet sich dann bezüglich des aufzunehmenden Gegenstandes in der richtigen Pokussierungsstellung.

Gleichzeitig wird vom Ausgang 67 des Komparators 47 ein'Signal abgegeben, welches den Motor abschaltet, selbst wenn die Schieberegister 62 und 63 das Abfragen ' und das Speichern der Zustände an den Komparatorausgängen 49 und 50 noch fortsetzen. Bei Fehlen eines

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Signals am Ausgang 67 und damit eines inhibierenden Signals an den Steuerkreisen 55 und 54 hat der Motor 51 die Tendenz, die richtige Fokussierungsstellung zu überlaufen, und es würde ein Pendeln um diese auftreten. Ein solcher Einstellvorgang ist meist unerwünscht, und. es empfiehlt sich deshalb die Vorsehung des Komparatorausganges 67-

Da die Schaltung nach Fig. 4 die richtige Objektivstellung auf Grund einer Majoritätsentscheidung er-

1'i mittelt, die mehrere Entfernungsmeßvorgänge erfaßt, wird die Objektivverstellung nicht durch einen störenden Gegenstand, z.B. einen zufällig die aufzunehmende Szene durchquerenden beweglichen Körper, oder umgekehrt durch einen feststehenden nahen Gegenstand, wie z.B.

durch einen Baum, bei der Aufnahme einer fernerliegenden Szene unter Schwenkung der Kamera beeinflußt.

Hieraus ist erkennbar, daß der Empfänger 57■> der Detektor 38 und das Register 43 zusammen ein System bilden, das einen Ermittlungsparameter bezüglich des aufzunehmenden Gegenstandes liefert, während das vom Motor 51 angetriebene Objektiv 14 mit der Kodierscheibe 75 und das der; Gray-Kode in einen Binärkode umsetzende Register 45 einen Kameraparameter bezüglich der jeweiligen Objektivstellung liefern, so daß

2^:; der Komparator 47 den Entfernungsparameter mit dem Kameraparameter vergleichen und die Motorsteuerkreise 53 und 54 in Abhängigkeit von der Parameterdifferenz so aktivieren kann, daß die Parameterdifferenz behoben wird. Die Schieberegister 62 und 63 ermöglichen es schließlich, die Parameterdifferenz mehrmals zu speichern, während die Majoritätsgatter 65 und 66 ermitteln, welches der beiden Register die Majorität positiver Parameterdifferenzen enthält, so daß Fehler durch Störimpulse od.dgl. ausgeschaltet werden.

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Damit sind die wesentlicher; Merkmale und Vorteile dec Erfindung erläutert und es sei nur noch erwähnt, daß die beschriebenen Ausführungsbeispiele im Rahmen der Erfindung noch verschiedene, dem Fachmann erkennbare Abänderungen zulassen.

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Dr»S/Fe 18.4.79

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Claims (14)

'.-.',^^ C,;ei.(030)240275 2 91 b -^ 6 POLAEOID CORPORATION .α Caxi:bridge (Massachusetts, USA.) Patf-ntaii: pi'ücfie:

1. System zvaa. automatischen Einstellen des Objektiv 3

einer Kamera zwecks Erzielung eines scharfen Bildes eines aufzunehmenden Gegenstandes in der Bildebene, dadurch gekennzeichnet,

daß periodisch Impulse erzeugt werden, die ein von der Entfernung des aufzunehmenden Gegenstandes abhängiges Charakteristikum aufweisen,

daß jeder dieser entfernungsabhängigen Impulse in eine erste Zahl umgewandelt wird, welche die zugehörige Pokussierungsstellung des Objektivs angibt,

daß die jeweilige tatsächliche Stellung des Objektivs durch eine zweite Zahl ausgedrückt wird,

daß die beiden Zahlen nach jedem Auftreten eines entfernungsabhängigen Impulses miteinander verglichen werden und die Differenz in einem ersten Register gespeichert wird, wenn die erste Zahl größer als die zweite ist, und in einem zweiten Register gespeichert wird, wenn die zweite Zahl größer als die erste ist,

daß sodann ermittelt wird, welches der beiden Register während eines jeweils eine vorgegebene Anzahl von entfernungsabhängigen Impulsen umfassenden Zeitintervalls die Majorität an größeren Speicherinhalten aufweist,

daß bei Feststellung einer solchen Majorität eine Objektivverstellung eingeleitet wird, bei welcher der

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Richtungssinn der Objektivverstellung davon abhängig ist, welches der beiden Eegister die Majorität an größeren SpeicherInhalten aufweist, und diese Verstellung erst beendet wird, sobald die Registerstände einander angeglichen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig von einer eben erfolgenden Majori-

tätsermittlung eine Objektivverstellung verhindert wird, wenn der Vergleichsvorgang Gleichheit der zu- Λ0 letzt erhaltenen ersten Zahl und der zweiten Zahl ergibt.

3. Kamera mit einem verstellbaren Objektiv, das nach Fokussierung bei Betätigung des Kameraverschlusses

eine aufzunehmende Skizze in der Bildebene scharf abbildet, wobei zwischen der Fokussierungsstellung des Objektivs und der Entfernung des aufzunehmenden Gegenstandes ein vorgegebener funktioneller Zusammenhang besteht und ein Entfernungsmesser vorgesehen ist, der einen die gemessene Entfernung des aufzunehmenden ) Gegenstandes präsentierenden Entfernungsparameter liefert, gekennzeichnet durch eine auf diesen Entfernungsparameter ansprechende erste Einrichtung zur Erzeugung einer die zugehörige Fokussierungsstellung des Objektivs repräsentierenden Zahl und ein erstes Register zum Speichern dieser Zahl, eine auf die jeweilige tatsächliche Objektivstellung ansprechende zweite Einrichtung zur Erzeugung einer diese Stellung repräsentierenden Zahl und ein zweites Register zum Speichern dieser Zahl, einen Komparator zum Vergleichen der Speicherinhalte der beiden Register und eine an die Ausgangsseite des Komparators angeschlossene Antriebseinrichtung zur Verstellung des Objektivs im Sinne der gegenseitigen Angleichung der Speicherinhalte der beiden Register.

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4. Kamera nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator zwei Ausgänge hat, wobei im ersten Ausgang nur dann ein Signal auftritt, wenn der Speicherinhalt im ersten Register größer ist als im. zweiten, während im zweiten Ausgang nur dann ein Signal auftritt, wenn sich die Speieherinhalte der "beiden Register umgekehrt verhalten, daß die Antriebseinrichtung einen reversierbaren Motor enthält, der mit dem Objektiv zur Verstellung desselben gekuppelt ist und einen durch ein Signal am ersten Komparatorausgang aktivierbaren Steuerkreis aufweist, durch den er mit solchem Drehsinn einschaltbar ist, daß durch die Objektivverstellung das aktivierende Signal zum Verschwinden gebracht wird, sowie einen durch ein Signal am zweiten Komparatorausgang aktivierbaren Steuerkreis aufweist, durch den er mit entgegengesetztem Drehsinn einschaltbar ist, daß das aktivierende Signal durch entgegengesetzte Objektivverstellung zum Verschwinden gebracht wird.

5· Kamera nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Komparator einen dritten Ausgang aufweist, an dem nur dann ein Signal auftritt, wenn die Speicherinhalte in den beiden Registern gleich sind, wobei das Signal von diesem dritten Ausgang zur Verhinderung einer Einschaltung des Motors sowohl im Vorwärtsdrehsinn als auch im entgegengesetzten Drehsinn dient.

6. Kamera mit einem verstellbaren Objektiv, das nach

Fokussierung bei Betätigung des Kameraverschlusses eine aufzunehmende Skizze in der Bildebene scharf abbildet, wobei zwischen der iOkussierungsstellung des Objektivs und der Entfernung des aufzunehmenden Gegenstandes ein vorgegebener funktioneller Zusammenhang

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besteht und ein Entfernungsmesser vorgesehen ist, der einen die gemessene Entfernung des aufzunehmenden Gegenstandes präsentierenden Entfernungsparameter liefert, gekennzeichnet durch eine zyklisch arbeitende Programmierstufe, welche den Entfernungsmesser im Sinne der Erzeugung der Entfernungsparameter "betätigt, eine erste, auf die Erzeugung eines Entfernungsparameters ansprechende Einrichtung zur Erzeugung einer ersten, die zugehörige Fokussierungsstellung des Objektivs repräsentierenden Zahl und ein erstes Register zum Speichern dieser Zahl, wobei sich der Speicherinhalt dieses ersten Registers bei einer Änderung der Entfernung des aufzunehmenden Gegenstandes mit einer von der Folgefrequenz der Erzeugung der Entfernungsparameter abhängigen Geschwindigkeit ändert, eine zweite, auf die jeweilige Stellung des Objektivs ansprechende Einrichtung zur Erzeugung einer zweiten, diese tatsächliche Objektivstellung repräsentierende Zahl und ein zweites Register zum Speichern dieser Zahl, wobei sich der Speicherinhalt dieses zweiten Registers bei einer Änderung der Objektivstellung mit einer von der Geschwindigkeit dieser Stellungsänderung abhängigen Geschwindigkeit ändert, einen Komparator zum Vergleich der Speicherinhalte im ersten und zweiten Register und eine Antriebseinrichtung, durch welche das Objektiv in Abhängigkeit von Änderungen der Gegenstandsentfernung verstellt wird.

7. Kamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator zwei Ausgänge hat, wobei am ersten Ausgang nur jeweils dann ein Signal auftritt, wenn der Speicherinhalt im ersten Register den Speicherinhalt im zweiten Register übertrifft, wogegen im zweiten Ausgang bei umgekehrter Beziehung zwischen Speicherinhalten in den beiden Registern ein Signal

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auftritt, und daß die Antriebseinrichtung einen reversierbaren Motor enthält, der mit dem Objektiv zwecks Verstellung desselben gekuppelt ist und von einem bei Auftreten eines Signals im ersten Komparatorausgang aktivierten Motorsteuerkreis mit Vorwärtsdrehsinn einschaltbar ist, um das Objektiv so zu verstellen, daß das Signal im ersten Komparatorausgang verschwindet, und von einem bei Auftreten eines Signals im zweiten Komparatorausgang aktivierten Motorsteuerkreis mit entgegengesetztem Drehsinn einschaltbar ist, um das Objektiv in entgegengesetzter Richtung zu verstellen, so daß das Signal im zweiten Komparatorausgang verschwindet.

8. Kamera nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß mit jedem Komparatorausgang ein Abfrage- und Speicherkreis verbunden ist, welcher den durch Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Signals festgelegten Zustand des betreffenden Komparatorausgangs speichert, und daß jedem Abfrage- und Speicherkreis eine logische Schaltung zugeordnet ist, welche jeweils dann ein Steuersignal liefert, wenn einer der Abfrage- und Speicherkreise bei einer vorgegebenen Anzahl von Abfragen eine Majorität an vorgegebenen, durch das Vorhandensein eines Signals angezeigten Zuständen festgestellt hat, wobei die beiden Motorsteuerkreise auf je eines dieser Steuersignale ansprechen und den Motor in solcher Richtung einschalten, daß er das Objektiv in die Fokussierungsstellung verstellt, bei deren Erreichen die Signale an den Komparatorausgängen verschwinden.

9. Kamera nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator einen dritten Ausgang hat, an

dem nur dann ein Signal auftritt, wenn die Speicher-

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inhalte der "beiden Register gleich sind, wobei das Signal an diesem dritten Ausgang zur Verhinderung einer Einschaltung des Motors durch die Steuerkreise sowohl im Vorwärtsdrehsinn als auch im entgegengesetzten Drehsinn dient.

10. Kamera nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der den Komparatorausgangen zugeordneten Abfrage- und Speicherkreise ein Schieberegister aufweist, dessen Eingangszelle mit dem zugeordneten Komparatorausgang verbunden ist, wobei die Speicherzustände der Zellen in jedem Schieberegister durch mit den entfernungsabhängigen Impulsen in Beziehung stehende Impulse verschiebbar sind und die dem Schieberegister zugeordnete logische Schaltung auf die Speicherzustände der Zellen des betreffenden Registers anspricht.

11. Kamera mit einem Entfernungsmesser, der periodisch einen Entfernungsparameter erzeugt, welcher die

Entfernung eines aufzunehmenden Gegenstandes von der Kamera repräsentiert, einer Einrichtung zur Steuerung der Kamera in Abhängigkeit von der Gegenstandsentfernung und einer Einrichtung zur Erzeugung eines Kameraparameters, der in Beziehung zu dieser Steuerung der Kamera steht, gekennzeichnet durch eine auf die Erzeugung eines jeden Entfernungsparameters ansprechende Einrichtung, welche diesen Entfernungsparameter mit dem Kameraparameter vergleicht, und durch eine Einrichtung zur Steuerung der Kamera in Abhängigkeit vom Ergebnis dieses Vergleiches, derart, daß der Kameraparameter dem Entfernungsparameter angeglichen wird.

12. Kamera nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur wiederholten Speicherung der

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Differenz zwischen dem Entfernungsparameter und dem Kameraparameter während einer vorgegebenen Anzahl von Entfernungsmeßperioden in einem ersten Register, wenn der Entfernungsparameter größer als der Kameraparameter ist, und in einem zweiten Register, wenn der Entfernungsparameter kleiner als der Kameraparameter ist, und durch eine Einrichtung zur Ermittlung, welches der beiden Register eine Majorität an Speicherinhalten aufweist, wobei die Einrichtung zur Steuerung der Kamera in Abhängigkeit von der Majorität der Speicherinhalte sowie in Abhängigkeit davon arbeitet, in welchem Register diese Majorität auftritt.

13. Kamera nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Majoritätsermittlung bei Erzeugung jedes Entfernungsparameters aktiviert wird.

14. Kamera nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zusätzliche, von einer Vergleichseinrichtung gesteuerte Einrichtung zur Stillsetzung der Steuereinrichtung der Kamera unabhängig von einer laufenden Majoritätsermittlung aufweist, wenn zwischen dem zuletzt erzeugten Entfernungsparameter und dem letzten Kameraparameter Gleichheit besteht.

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