DE3110773C2

DE3110773C2 -

Info

Publication number: DE3110773C2
Application number: DE3110773A
Authority: DE
Inventors: Akira Kawasaki Kanagawa Jp Takahashi
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1980-03-19
Filing date: 1981-03-19
Publication date: 1987-08-06
Also published as: JPS56130608A; DE3110773A1; US4518253A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung der Entfernung zu einem aufzunehmenden Objekt für das automatische Fokussier-System einer Kamera gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine Einrichtung zur Messung der Entfernung zu einem aufzunehmenden Objekt für das automatische Fokussier-System einer Kamera ist aus der DE-OS 28 53 978 bekannt. Diese bekannte Einrichtung weist einen Sender auf, der einen Lichtstrahl vorgegebener Intensität auf das Objekt richtet, ferner einen Empfänger für das an dem Objekt reflektierte Licht, sowie eine Auswertschaltung zur Ermittlung der Entfernung aus dem reflektierten Licht. Diese bekannte Einrichtung arbeitet jedoch nach dem "trigonometrischen Prinzip", d. h., es wird beim Meßvorgang die Lage des Senders festgehalten, während die Lage des Empfängers verändert wird, bis der Winkel zwischen dem ausgesandten Lichtstrahl und dem reflektierten Lichtstrahl gemessen werden kann. Aus diesem Winkel wird dann mit Hilfe der bekannten trigonometrischen Beziehung der Abstand des Objektes vom Sender/ Empfänger ermittelt.

Bei einem entsprechend hohen konstruktivem und elektronischem bzw. auch optischem Aufbau ermöglicht eine solche Einrichtung eine sehr genaue Entfernungsmessung. Für viele Anwendungsfälle ist jedoch eine solche extrem genaue Entfernungsmessung nicht erforderlich, da es bei einfachen Kameras beispielsweise vollkommen ausreichend ist, festzustellen, ob die Entfernung größer oder kleiner als ein vorgegebener Wert ist.

Aus der DE-OS 29 09 090 ist ein Entfernungsmeßsystem mit einem Lichtstrahlsender und einem Lichtstrahlempfänger bekannt, wobei der Lichtstrahlsender und der Lichtstrahlempfänger bzw. die Einlaßöffnung des Lichtstrahlempfängers in einem vorgegebenen Abstand voneinander derart angeordnet sind, daß der am Objekt reflektierte Lichtstrahl durch den Einlaß unter einem Winkel einfällt, der von der Entfernung zwischen dem Objekt und dem Entfernungsmeßsystem abhängt. Auch dieses bekannte Entfernungsmeßsystem arbeitet nach dem trigonometrischen Prinzip.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Einrichtung zum Messen der Entfernung zu einem aufzunehmenden Objekt für das automatische Fokussier-System einer Kamera der angegebenen Gattung zu schaffen, die auf konstruktiv einfache Weise die Feststellung von mindestens zwei vorgegebenen Entfernungsbereichen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann mit einem vergleichsweise sehr geringen technischen Aufwand realisiert werden und ermöglicht die Entfernungsmessung unabhängig von der Stärke des externen Lichtes.

Die durch die erfindungsgemäße Einrichtung erzielten Vorteile beruhen auf der Tatsache, daß die Intensität des einfallenden Lichtes umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes zwischen Lichtquelle und Meßstelle ist. Der Abstand zu dem aufzunehmenden Objekt läßt sich also durch Messen der Intensität des reflektierten Lichtes bestimmen, so daß durch Vergleich mit einem Bezugswert eine Aussage darüber gewonnen werden kann, ob der Abstand zu dem Objekt größer oder kleiner als ein vorgegebener Bezugswert ist.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 8.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 zur Erläuterung schematisch das Grundprinzip der Erfindung,

Fig. 2 eine Schaltung einer Ausführungsform einer Einrichtung zur Messung der Entfernung mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 3 ein Funktionszeitdiagramm der Schaltung in Fig. 2,

Fig. 4 eine Schaltung einer weiteren Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung und

Fig. 5 einen Teil einer Schaltung nach einer weiteren Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung.

In Fig. 1 erreicht Licht von einer ersten Lichtquelle 1 einen Gegenstand 2, und das Licht wird von dem Gegenstand 2 reflektiert. Dadurch wird der Gegenstand 2 zu einer zweiten Lichtquelle 3. Die von der zweiten Lichtquelle 3 zu einem lichtaufnehmenden Element 4 gelangende Lichtmenge B ist umgekehrt proportional dem Quadrat des Abstandes M zwischen der ersten Lichtquelle 1 (und einem lichtaufnehmenden Element 4) und dem Gegenstand 2. Wenn das Reflexionsverhältnis des Gegenstandes 2 α ist und die von der ersten Lichtquelle 1 projizierte Lichtmenge A ist, wird daher die folgende Beziehung erhalten:

Folglich kann die Entfernungsmessung auf der Basis durchgeführt werden, daß das von dem Gegenstand 2 reflektierte Licht um einen Wert abnimmt, der umgekehrt proportional dem Quadrat des Abstandes bzw. der Entfernung M ist. In diesem Fall kann sich dann das Reflexionsverhältnis α in Abhängigkeit von dem jeweiligen Gegenstand ändern. Wenn eine so hohe Genauigkeit bei der Entfernungsmessung nicht erforderlich ist, kann das vorerwähnte Prinzip in einer einfachen selbstfokussierenden Einrichtung für eine Kamera mit zwei oder drei Fokussierzonen benutzt werden.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform einer Einrichtung zur Messung der Entfernung dargestellt, die nach dem vorerwähnten Grundprinzip arbeitet. In Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm der Arbeitsweise der Ausführungsform dargestellt.

Eine von einem Oszillator OSC erzeugter Impuls wird mittels eines Inverters N 1 invertiert und dann über einen Widerstand R 1 an einen Sender LED 1 angelegt, der eine lichtemittierende Diode u. ä. aufweist. Der Sender LED 1 ist zusasmmen mit einer Lichtempfangseinrichtung PS in einem entsprechenden Teil der Kamera angeordnet und gibt intermittierend Licht einer vorbestimmten Stärke in Richtung zu einem Gegenstand OB ab. Die Lichtempfangseinrichtung PS ist aus Photodioden u. ä. gebildet, und das von dem Gegenstand OB reflektierte Licht fällt auf die Lichtempfangseinrichtung PS. Die Lichtempfangseinrichtung PS, eine Diode D 1 und ein Operationsverstärker OP 1 bilden einen Empfänger S. Der Ausgang von der Lichtempfangseinrichtung PS wird durch die Diode D 1 einer logarithmischen Verdichtung unterzogen und wird von dem Empfänger S abgegeben. Wenn der Sender LED 1 abgeschaltet ist und kein Licht abgibt, ist der Ausgang des Empfängers S der Ausgang, der durch Fühlen von externem Licht erhalten worden ist, das heißt, von Licht ohne Sendestrahl des Senders LED 1, welches auf die Lichtempfangseinrichtung fällt, nachdem es von dem Gegenstand OB reflektiert worden ist. Dieser Ausgang des Empfängers S wird entsprechend dem Ausgang von dem Oszillator OSC über einen Analogschalter S 1 in einem Kondensator C 1 gespeichert. Die Analogschalter S 2 und S 3 sind abgeschaltet, wenn der Ausgang des Oszillators OSC über einen Inverter N 2 angelegt wird. Wenn der Sender LED 1 Licht abgibt, wird der Analogschalter S 1 abgeschaltet, während die (beiden anderen) Analogschalter angeschaltet werden, so daß der Ausgang des Empfängers S durch einen veränderbaren Widerstand VR 1 einer Spannungsteilung unterzogen wird, und die geteilte Spannung mittels eines Vergleichers COM 1 mit der im Kondensator C 1 gespeicherten Spannung verglichen wird.

Wenn der Gegenstand in einer großen Entfernung von der Entfernungsmeßeinrichtung angeordnet ist und das Licht von dem Sender LED 1 stark abnimmt, so daß das Licht von dem Sender LED 1 kaum auf die Lichtempfangseinrichtung PS fällt und nicht von dem externen Licht unterschieden werden kann, bleibt der Ausgang des Vergleichers COM 1 Null. Wenn dagegen der Gegenstand in der Nähe angeordnet ist, liegt der Ausgang des Vergleichers COM 1 auf einem hohen Pegel. Der Ausgang des Vergleichers COM 1 wird dann über den Analogschalter S 2 und einen Widerstand R 2 an eine Anzeigeeinrichtung LED 2, die eine lichtemittierende Diode aufweist, aber gleichzeitig über einen Inverter N 3, den Analogschalter S 3 und einen Widerstand R 3 an eine Anzeigeeinrichtung LED 3 angelegt, die eine lichtemittierende Diode aufweist. Wenn daher der Gegenstand in der Nähe liegt, ist die Anzeigeeinrichtung LED 2 angeschaltet und leuchtet. Wenn dagegen der Gegenstand in einer großen Entfernung liegt, ist die Anzeigeeinrichtung LED 3 eingeschaltet und leuchtet. In diesem Fall wird dann festgestellt, ob der Gegenstand näher bei der Enfernungsmeßeinrichtung als eine Sollentfernung oder in einem großen Abstand über die Sollentfernung hinaus angeordnet ist; das festgestellte Ergebnis wird dann angezeigt. Die Soll- oder Zielentfernung kann durch den veränderbaren Widerstand VR 1 geändert werden.

Da die vorerwähnte Ausführungsform keine mechanischen Einrichtungen, beispielsweise eine Spiegelabtasteinrichtung erfordert, ist sie ausgesprochen preiswert. Darüber hinaus kann mittels des veränderbaren Widerstandes VR 1 eine fortlaufende Entfernungsmessung durchgeführt werden. Da der Ausgang der Lichtempfangseinrichtung PS durch die Diode D 1 verdichtet wird, ist es schwierig, das reflektierte Licht von externem Licht zu unterscheiden, wenn das externe Licht weitaus stärker ist als das von dem Gegenstand reflektierte Licht. Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist ein Filter zum Trennen und Absondern des reflektierten Lichts wirksam, wobei das Filter an der Ausgangsseite des Empfängers angeordnet ist. Zu diesem Zweck ist auch eine Differenzschaltung wirksam, die an einer Ausgangsseite des Empfängers angeordnet ist und das reflektierte Licht abtrennt, wenn als lichtprojizierende Quelle ein (Strobo-)Blitz verwendet wird. Die folgende Ausführungsform ist auch dazu verwendbar, um nur solches reflektiertes Licht festzustellen.

In Fig. 4 ist diese Ausführungsform dargestellt. Wenn der Sender LED 1 abgeschaltet ist, wird der von dem Oszillator OSC erzeugte Impuls über Inverter N 1 und N 4 an einen Analogschalter S 4 angelegt, so daß dieser Analogschalter S 4 angeschaltet wird. Folglich wird dann der Ausgang des Empfängers S über einen Operationsverstärker OP 2 und den Analogschalter S 4 in dem Kondensator C 2 gespeichert. Die in dem Kondensator C 2 gespeicherte Spannung wird an die Eingangsseite eines Operationsverstärkers OP 3 angelegt, so daß Strom i₂ von der Lichtempfangseinrichtung PS über die Diode D 2 zu dem Operationsverstärker OP 3 fließt. Wenn der Sender LED 1 angeschaltet ist, ist der Analogschalter S 4 abgeschaltet, und die Spannung des Kondensators C 2 bleibt konstant. Wenn jedoch das von dem Gegenstand reflektierte Licht festgestellt wird, steigt der Strom, welcher durch die Lichtempfangseinrichtung PS fließt, proportional zu der Stärke des reflektierten Lichts an. Jedoch ist der Strom i₂ wegen der Spannung des Kondensators C 2 derselbe wie der, wenn der Sender LED 1 abgeschaltet ist. Mit anderen Worten, zu diesem Zeitpunkt ist der Strom i₂ derjenige, der durch das externe Licht erzeugt worden ist. Der übrige Strom i₁, welcher proportional zu der Stärke des reflektierten Lichts ist, fließt über die Diode D 1, so daß das reflektierte Licht unabhängig von dem externen, äußeren Licht festgestellt werden kann.

Der Ausgang des Empfängers S wird mit der Bezugsspannung ref 1 eines Vergleichers COM 2 und mit der Bezugsspannung ref 2 eines Vergleichers COM 3 verglichen. Wenn der Gegenstand in der Nähe liegt, ist die Ausgangsspannung des Empfängers S kleiner als die Bezugsspannung ref 1, so daß sowohl der Ausgang des Vergleichers COM 2 als auch der des Vergleichers COM 3 auf einen hohen Pegel ansteigen, und wenn Licht projiziert wird, nimmt der Ausgang eines NAND-Gliedes NA 1 auf einen niedrigen Pegel ab. Folglich wird eine lichtemittierende Diode LED 4 angeschaltet und leuchtet. Wenn der Gegenstand sich in einer mittleren Zwischenzone befindet, ist der Ausgang des Empfängers S größer als die Bezugsspannung ref 1 und kleiner als die Bezugsspannung ref 2, so daß der Ausgang des Vergleichers COM 2 einen niedrigen Pegel hat, während der Ausgang des Vergleichers COM 3 einen hohen Pegel hat. Folglich nimmt, wenn Licht projiziiert wird, der Ausgang des NAND-Gliedes NA 2 auf einen niedrigen Pegel ab, so daß die lichtemittierende Diode LED 5 angeschaltet wird und leuchtet. Wenn sich der Gegenstand in einer großen Entfernung befindet, ist der Ausgang des Empfängers S größer als die Bezugsspannung ref 2, so daß sowohl der Ausgang des Vergleichers COM 2 als auch der des Vergleichers COM 3 auf einen niedrigen Pegel abnehmen, und wenn Licht projiziert wird, nimmt der Ausgang des NAND-Glieds NA 3 auf einen niedrigen Pegel ab, und die lichtemittierende Diode LED 6 wird angeschaltet und leuchtet.

Die lichtemittierenden Dioden LED 4 bis LED 6 sind jeweils über Widerstände (R 4 bis R 6) zwischen die NAND-Glieder NA 1 bis Na 3 und eine Gleichstrom-Lichtquelle geschaltet. Die Diode D 1 kann ein Widerstand sein oder kann mit einem Widerstand kombiniert sein, um so eine Kombinationsschaltung zu bilden. Wie in Fig. 5 dargestellt, können die Entfernungsmeßsignale fortlaufend mit Hilfe von NAND-Gliedern NA 4 bis NA 6 und Verriegelungsschaltungen in Form von Flip-Flops FF 1 bis FF 3 anstelle der NAND-Glieder NA 1 bis NA 3 abgegeben werden. In diesem Fall nimmt der Ausgang eines der NAND-Glieder NA 4 bis NA 6 in Abhängigkeit von der Lage des Gegenstandes, d. h. ob er sich in der Nahzone, der Zwischenzone oder der Fernzone befindet, auf einen niedrigen Pegel ab. Der Ausgang eines der NAND-Glieder NA 4 bis NA 6 wird dann durch die Verriegelungsschaltungen FF 1 bis FF 3 ensprechend dem Ausgangsimpuls des Inverters N 1 verriegelt. Folglich wird eine der lichtemittierenden Dioden LED 4 bis LED 6 angeschaltet und leuchtet.

Claims

1. Einrichtung zur Messung der Entfernung zu einem aufzunehmenden Objekt für das automatische Fokussier- System einer Kamera,

a) mit einem Sender, der einen Lichtstrahl vorgegebener Intensität auf das Objekt richtet,
b) mit einem Empfänger für das an dem Objekt reflektierte Licht und
c) mit einer Auswertschaltung zur Ermittlung der Entfernung aus dem reflektierten Licht,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) ein Komparator (COM 1) die Intensität des Umgebungslichtes bei Ausrichtung des Fokussier-Systems auf das Objekt (OB) ohne Sendestrahl mit der Intensität des reflektierten Lichtes im Sendefall vergleicht, und daß
e) die Auswertschaltung unter Berücksichtigung des Vergleiches feststellt, ob der Abstand größer oder kleiner als mindestens ein vorgegebener Wert ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (LED 1) intermittierend Licht einer vorbestimmten Stärke abgibt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Speicher (C 1; C 2) zur Speicherung der Intensität des Umgebungslichtes.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertschaltung anhand des Vergleichsergebnisses feststellt, ob das Objekt (OB) im Vergleich zu einer Einstellentfernung in einer geringen Entfernung oder in einer über die Einstellentfernung hinausgehenden Entfernung angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellentfernung durch einen veränderbaren Widerstand (VF 1) veränderbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße der Lichtempfangseinrichtung (PS) des Empfängers auf Null stellbar ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung zu dem Objekt (OB) durch Vergleich der Ausgangsgröße des Empfängers mit Entfernungszonen wiedergebenden Größen bestimmbar ist, wobei festgestellt wird, in welcher Entfernungszone das Objekt (OB) liegt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßergebnis in ein Signal umsetzbar ist, das fortlaufend erzeugt und angezeigt wird.