DE3127786A1 - Entfernungsmesser, insbesondere fuer kameras o.dgl. - Google Patents
Entfernungsmesser, insbesondere fuer kameras o.dgl.Info
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-
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Description
'ό ΊIΊ Ί 8 ö
β ·
4 " 14. Juli 1981
Die Erfindung betrifft einen Halbleiter-Positions- bzw.
-Lagendetektorelernente verwendenden Entfernungsmesser zur
Verwendung bei photographischen Kameras oder dergleichen.
Es sind zahlreiche Entfernungsmesser unter Verwendung von Halbleiter-Positions- bzw. -Lagenmeßelementen bekannt. Ein
de>r Erfindung vergleichsweise analoges Beispiel für eine
bisherige Vorrichtung dieser Art ist in Fig. 1a und 1b dargestellt, welche diese Vorrichtung in Vorderansicht
bzw. in Seitenansicht veranschaulichen. Dabei ist eine abbildende Linse 1 in fester Lage angeordnet, wobei in
Positionen praktisch entsprechend der Abbildungsebene dieser
Linse 1 Halbleiter-Positionsmeßelemente 2a, 2b vorgesehen sind, die in zwei Stufen rechts und links der optischen
Achse unterteilt sind. Ein unter einem Winkel von geneigter reflektierender Spiegel 3 ist der Linse 1 vorgeschaltet.
Der recht";S.der optischen Achse liegende Teil 3a des
Spiegels 3 ist transparent bzw. durchsichtig, während der linke Teil 3b reflektierend ausgebildet ist. Ein beweglicher
Spiegel 4 ist im Abstand einer Meß-Basislinie BL vom Spiegel 3 angeordnet. Ein optisches Abbild eines Objekts
0 fällt durch den durchsichtigen Teil 3a des Spiegels 3 und die Linse 1 unter Erzeugung eines optischen .
Bilds L1 auf dem Halbleiter-Positionsmeßelement 2b. Das vom beweglichen Spiegel 4 und vom reflektierenden Spiegelteil
3b durch die-Linse 1 geworfene Abbild des (Aufnahme-) Objekts bildet andererseits ein optisches Bild L2 auf dem
Halbleiter-Positionsmeßelement 2a.
Fig. 2 veranschaulicht die Halbleiter-Positionsmeßelemente
2a, 2b gemäß Fig. 1a in Aufsicht. Bei einer Drehung des beweglichen
Spiegels 4 verschiebt sich das optische Bild L2. Die Entfernung zum Objekt 0 läßt sich nun anhand der Drehstellung
des beweglichen Spiegels 4 bestimmen, wenn sich das optische Bild L2 in die Stellung L3 verschiebt. Eine
Koinzidenz des optischen Bilds L1 mit der Stellung· bzw.
dem Bild L3 wird anhand von Signalen der Positionsmeßelemente 2a·, 2b ermittelt, und der Koinzidenzpunkt wird
auf elektrischem Wege festgestellt, wenn sich die beiden Größen oder Meßwerte einander am weitesten angenähert
haben.
Das vorstehend umrissene Meßverfahren beruht praktisch
darauf, daß das optische Bild im Grenzbereich 2c zwischen den beiden Positionsmeßelementen 2a, 2b, nicht,
aber über ihre Gesamtfläche hinweg ununterbrochen ist.
Aus diesem Grand läßt sich mit der bisherigen Vorrichtung ein ausreichend hoher Meßgenauigkeitsgrad nicht .erreichen.
Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung eines Entfernungsmessers mit hoher Meßgenauigkeit
aufgrund einer Einrichtung, welche ein und dasselbe optische Bild, das nur in seinem Sehfeld etwas verändert wird,
mittels eines Meßelements erfaßt und vergleicht.
Diese Aufgabe wird bei einem Entfernungsmesser der angegebenen
Art erfindungsgemäß gelöst durch ein lagenfest angeordnetes abbildendes Element, durch Halbleiter-Positionsdetektorelemente,
die in Lagen praktisch entsprechend der Abbildungsebene des abbildenden Elements angeordnet
sind, durch einen dem abbildenden Element vorgeschalteten halbdurchlässigen Spiegel, durch einen bewegbaren, reflektierenden'
Spiegel, der vom halbdurchlässigen Spiel im Abstand der Länge einer Meß-Basislinie angeordnet ist, durch
eine Antriebseinrichtung zur Verschiebung eines durch die beiden Spiegel und das abbildende Element erzeugten optischen
Bilds auf den Halbleiter-Positionsdetektorelementen relativ zu einem optischen Bild, das durch.das abbildende
Element über den halbdurchlässigen Spiegel auf den Positionsdetektorelementen
erzeugt wird, durch eine Lichtunterbrechunqs-
ό Ί Z I Ί 8 b
und Speichereinrichtung zur vorübergehenden Unterbrechung des vom reflektierenden Spiegel auf die Positionsdetektorelemente
geworfenen Lichtstrahls und zur vorübergehenden zwischenzeitlichen Speicherung nur des über'den halbdurchlässigen
Spiegel einfallenden Lichtstrahls, und durch eine Operations- bzw. Verarbeitungsschaltung zur Verarbeitung
(operating) der Ausgangssignale der Halbleiter-Positionsdetektorelemente
zwecks Lieferung eines Objektabstand — signals.
Bei einer. Vorrichtung zur Messung der Entfernung eines Meßobjekts
durch Ausstrahlung eines Lichtpunkts zum Objekt, Bildung eines Abbilds des reflektierten Lichtstrahls mittels
eines Abbildungselements und Messung der Entfernung des Objekts anhand des Ausgangssignals eines Elements, das
in einer Lage praktisch entsprechend der Abbildungsebene angeordnet ist und dessen Ausgangssignal in Abhängigkeit
von der Lichtempfangsposition auf der Lichtempfangs- oder -aufnahmefläche variiert, bezweckt die Erfindung weiterhin
die Schaffung eines Entfernungsmessers, der gekennzeichnet
ist durch die Verwendung eines Positions-Meßfühlers (position sensitive detector) als das genannte Meß-Element.
Zudem bezweckt die Erfindung die automatische Scharfeinstellung einer Kamera durch Bestimmung des Ding- bzw. Objektabstands
unter Verwendung eines" elektrischen Signals, das nach Maßgabe der Lage des Helligk'eits- oder Leuchtdichtenschwerpunkts
(centroid of luminance) eines optischen Bilds erzeugt wird. Zu diesem Zweck wird mit der
Erfindung ein Entfernungsmesser geschaffen, der gekennzeichnet ist durch ein erstes Halbleiter-Positionsdetektorelement
aus einem lagenfest angeordneten ersten abbildenden Element und einem Positions-Meßfühler,1 der in einer Position
praktisch entsprechend der Abbildungsebene des ersten abbildenden
Elements angeordnet ist, durch ein zweites Halbleiter-Positionsdetektorelement aus einem zweiten abbilden-
den Element und einem Positions-Meßfühler, der in einer Lage
praktisch entsprechend der Abbildungsebene des zweiten abbildenden Elements angeordnet ist, durch eine Antriebseinrichtung
zur Verschiebung des zweiten abbildenden Elements und des zweiten Halbleiter-Positionsdetektorelements relativ
zueinander und durch durch eine Operations- bzw. Verarbeitungsschaltung zur Verarbeitung der Ausgangssignale von
gegenüberstehenden Elektroden der beiden Halbleiter-Positionsdetektorelemente zwecks Lieferung eines Objektabstand'—
signals.
Darüber hinaus bezweckt die Erfindung auch die Schaffung eines Scharfeinstelldetektors, der einen Halbleiter-Positions-
bzw, -Lagenmeßfühler (PSD) aufweist, welcher in einer Lage entsprechend der Filmfläche bzw. -ebene in einer
Kamera oder'dergleichen angeordnet ist, wobei dieser Detektor den Scharfeinstellzustand auf der Grundlage eines
elektrischen Ausgangssignals dieses Meßfühlers feststellt.
In weiterer Ausgestaltung bezieht sich die Erfindung auf
einen Entfernungsmesser, der gekennzeichnet ist durch ein abbildendes Element zur Erzeugung eines Bilds (Abbilds)
eines (Aufnahme-)Objekts, durch einen Positions-Meßfühler
(PSD) in solcher Anordnung, daß seine Lichtempfangsfläche in bezug auf die optische Achse eines ein anderes abbildendes
Element aufweisenden und rückwärts vom ersten abbildenden Element angeordneten optischen Systems exzentrisch ist,
und durch eine Operations- oder Verarbeitungsschaltung, welche die Extremwerte des Ausgangssignals des Positions-Meßfühlers
erfaßt und ein Scharfeinstellsignal erzeugt.
In noch weiterer Ausgestaltung bezweckt die Erfindung die
Halbierung des Bilds bzw. der Abbildung des anzumessenden Objekts entweder in lotrechter Richtung oder in rechte und
linke Hälften mittels eines auf die in der JÄ-OS 6046/1978
beschriebene Weise auf einer einzigen optischen Meßachse angeordneten Teilbild-Prismas und die Abnahme von elektrischen
Signalen entsprechend der Lage des Leuchtdichten-
■ * ψ m
Schwerpunkts des optischen Bilds in jedem Halbierungsbereich mittels zweier Positions-Meßfühler (PSD) als" Halbleiter-Positionsmeßelemente
in der Weise, daß die Scharfstellposition bzw. -einstellung durch Verarbeitung dieser elektrischen
Signale bestimmbar ist.
Zu diesem Zweck wird mit der Erfindung in weiterer Ausgestaltung
ein Entfernungsmesser geschaffen, der crekennzeichnet ist durch eine Linse zur Erzeugung eines Bilds eines (Aufnahme-)·
Objekts, . durch ein der Linse an ihrer Rückse-ite gegenüberstehendes
(juxtaposed) Teilbildprismar durch zwei Halbleiter-Positionsdetektorelemente
unter Verwendung von Positions-Meßfühlern (position- sensitive detectors bzw. PSDs), die an der
Rückseite des' Teilbildprismas in diesem entsprechenden Positionen
angeordnet sind, und durch eine Operations- bzw. Verarbeitungsschaltung zur Verarbeitung der Ausgangssignale der
Halbleiter-Positionsdetektorelemente zwecks'Lieferung eines
ScharfStellsignals.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsfomen der Erfindung
im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a und 1b eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht eines bisherigen Entfernungsmessers,
Fig. 2 -eine Aufsicht auf das Positions- b:^w. Lagenmeßelement
gemäß Fig. 1, '
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Arbeitsprinzips einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. -4 - eine graphische Darstellung der Abtastung und einer
Stromgröße bei der Ausführungsform nach Fig- 3,
Fig. 5a bis 5c schematische Darstellungen eines beim erfindungsgemäßen
Entfernungsmesser verwendeten Positions-Meßfühlers (PSD) ,
Λ Ο *! « fJ ft
.3J 27786
4 ti QSO j- κ) ft
Fig. 6 ' ein Schaltbild einer Positions- bzw. Lagenmeß(signal)·
Verarbeitungsschaltung gemäß der Erfindung,
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführ
ungsform der Erfindung,
Fig. 8 eine graphische Darstellung der· Besiehung zwischen
einem Differenzstrom des Meßfühlers (PSD) und dem Abstand eines anzumessenden Objekts,
Fig. 9 eine schematische Darstellung noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 10 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen . dem Teilungsausgangssignal einer Positionsmeß-Ver-'
arbeitungsschaltung und dem Abstand eines anzumessenden bzw. Meßobjekts,
Fig· 11 eine schematische Darstellung einer automatisch
scharfstellenden Kamera unter Anwendung des Er-• findungsprinzips,
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung,
Fig. 13 eine graphische bzw. schematische Darstellung der
Beziehung zwischen dem Helligkeits- bzw. Leuchtdichtenschwerpunkt und einem Ausgangsstrom,
Fig. 14 eine schematis.che Darstellung einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 15 ein Schaltbild einer Operations- bzw. Verarbeitungsschaltung bei der Ausführungsform nach Fig. 14.
Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.
Fig. 3 veranschaulicht das Prinzip der Erfindung. Dabei ist eine abbildende Linse 1 in bezug auf e'in Aufnahme- oder
Meßobjekt 0 festgelegt. Ein Halbleiter-Positions- oder -Lagenmeßeleinent 31 (im folgenden auch einfach als Meßelement
bezeichnet) ist in einer Lage entsprechend im wesentlichen der Abbildungsebene der Linse 1 angeordnet.
Besonders gute Entfernungsmeßeigenschaften werden gewährleistet, wenn das Meßelement 31 ein Positions-Meßfühler
(position sensitive"detector) bzw. PSD ist, der später noch näher erläutert werden wird.
Der Linse 1 ist ein unter einem Winkel von 4 5° angeordneter halbdurchlässiger Spiegel 32 vorgeschaltet. Ein beweglicher
Spiegel 4 ist in einem Abstand entsprechend der Länge einer Meß-Basislinie BL vom halbdurchlässigen Spiegel 32 angeordnet.
Eine bewegliche Lichtfangöcheibe 33 ist in einem Strahlengang
des vom beweglichen Spiegel 4 reflektierten Lichts angeordnet. Diese Lichtfangscheibe 33 wird zunächst (wie
durch den Pfeil M in Fig. 3 veranschaulicht) in eine solche Stellung gebracht, daß sie den Strahlengang des vom beweglichen
Spiegel 4 reflektierten Lichts blockiert, so daß ein den halbdurchlässigen Spiegel 32 passierendes optisches Bild
auf den Meßfühler 31 trifft. Das Ausgangssignal des Meßfühlers 32 wird durch eine Positionsmeß(signal)-Verarbeitungsschaltung 34 verarbeitet und als Signal I .. in einer Speicherschaltung
35 gespeichert, nachdem es über einen auf eine Klemme· R umgelegten Schalter SW geleitet worden-ist.
Sodann wird die Lichtfangplatte 33 aus dem Strahlengang an
der Seite des beweglichen Spiegels zurückgezogen, wobei sie gleichzeitig den Strahlengang an der Seite des Durchlichts
(nicht dargestellt), unterbricht, woraufhin sich der bewegliche Spiegel 4 z\i drehten beginnt.
V \
Das vom beweglichen Spiegel 4 reflektierte optische Bild wird
vom Meßfühler 31 aufgefangen. Hierbei wird, der Schalter SW
gleichzeitig nit der Bewegung der Lichtfangseheibe 33 an
die Klemme S umgelegt, so daß das Ausgangssignal des Meßfühlers
31 in Abhängigkeit von der Drehung des Spiegels über die Verarbeitungsschaltung 34 einem Komparator 36 eingegeben
wird.
Der Komparator 36 vergleicht die beiden Signale Ι_. und I-miteinander;
wenn die Größe In1 - I02 zu Null oder zu einer
minimalen Größe wird (bzw. wenn ein Meßgerät A Null oder einen kleinen Wert anzeigt), wird der bewegliche Spiegel 4
in eine Stellung gebracht, in welcher die Doppelbilder miteinander koinzidieren. Auf diese Weise kann der Abstand bzw.
die Entfernung DQ zum Aufnahme-Objekt bestimmt werden. Fig.4
veranschaulicht die Beziehung zwischen der Drehung (ABTAST) des beweglichen Spiegels 4 und dem Ausgangssignal.
Im folgenden ist das bei dieser Ausführungsform verwendete Halbleiter-Positionsmeßfühlerelement. (PSD) im einzelnen beschrieben.
■ .
Fig. 5 veranschaulicht das Konzept eines Bildpositions-Detektors
bzw. -Meßfühlers (PSD) , der ein· elektrisches Signal in Abhängigkeit von der Lage des Leuchtdichtenschwerpunkts
des optischen Bilds liefert. Dabei zeigen Fig. 5(a) eine Schnittansicht des Meßfühlers und Fig. 5(b)
und 5(c) Aufsichten desselben. An beiden Enden einer Lichtempfangsfläche
51 sind Elektroden P1 und P2 vorgesehen,
während an ihrer Rückseite eine Elektrode P3 angeordnet
ist. Wenn nun gemäß Fig. 5(c) ein Lichtpunkt L auf einen Punkt der Lichtempfangsfläche 51 des Meßfühlers auftrifft>
tritt ein positives und negatives Elektronenlochpaar (electron positive-hole pair) auf, wobei die Elektronen
zur N-Schicht und das positive Loch zir P-Schicht fließen. Nach dem Erreichen der N-Schicht fließen die Elektronen
als solche über die Elektrode P3. Andererseits muß das positive Elektronen-Loch längs der P-Schicht fließen,
wenn es nach dem Erreichen dieser Schicht die Elektrode erreichen soll. Da jedoch in der P-Schicht ein elektri-
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- 12 -
scher Widerstand vorliegt, werden die Ausgangsströme I1 und
I2 von den Elektroden P- bzw. P2 nicht gleich groß, vielmehr
werden sie durch den Widerstand R und R« proportional
aufgeteilt. Mit anderen Worten: die Lage des Lichtpunkts L läßt sich anhand des Unterschieds der Ausgangsströme I1 und
I2 bestimmen, die durch den Widerstand R1 und R2 aufgeteilt
werden.
Da die Ausgangsströme I1 und I2 vom Widerstand am Leuchtdichtenschwerpunkt
des Lichtpunkts abhängen, kann ein durch den Leuchtdichtenschwerpunkt LC dividierter Ausgangsstrom
auch dann erhalten werden, wenn ein Lichtpunkt L einer komplexen Form gemäß Fig. 5(c) vorliegt.
Fig. 6 veranschaulicht den Aufbau der Positionsmeß-Verarbeitungsschaltung
PDC. Diese Schaltung umfaßt einen Differentialverstärker A1, einen Additionsverstärker A2 und einen ■
.Divisionsverstärker A3; sie dividiert einen durch den Differen
tialverstärker A1 aus den Ausgangsströmen I1, I2 des Bildpositions-Meßfühlers
PSD abgeleiteten Differenzs'trom I (= I "1O'
Positionsausgang) durch einen Strom IA (= I1 +I2, Vollichtstrom),
der durch den Additionsverstärker A„ geliefert wird. Mit anderen Worten: dieseVerarbeitungsschaltung PDC bildet
eine Schaltung, die einen Ausgangsdifferenzstrom-1_ (= 1^/I7.)
Vj Ls Ά.
durch den bzw. vom Divisionsverstärker A3 erzeugt. Da der
Strom I durch I dividiert wird, kann das konstant vorher-
Ls
Ά.
bestimmte Positions- bzw. Lagensignal I ohne Beeinflussung
durch die Intensität des vom Objekt reflektierten Lichtstrahls erzeugt werden, wobei eine Bewegungsgröße des Leuchtdichtenschwerpunkts
genau bestimmt werden kann.
Bei dieser Ausfuhrungsform erfolgt eine Scharfeinstellung
durch Verdrehen des beweglichen Spiegels 4 bei Beobachtung der Anzeige des Meßgeräts A und Hin- und Hen-drehung .eines
Kamera-Objektivs, dessen Betätigung mit dem beweglichen Spiegel 4 gekoppelt ist. Wenn anstelle des Meßgeräts A ein Servomotor
verwendet wird,, kann eine Kamera mit automatischer Scharf-
einstellung realisiert werden.
Bei dieser Ausfiihrungsform der Erfindung ist es auch möglich,
den Lichtpunkt auf das Aufnahme-Objekt abzustrahlen. Die Entfernungsmessung durch Abstrahlung eines Lichtpunkts ist besonders
in dem Fall wirksam, wenn der Leuchtdichten- bzw. Helligkeitsünterschied
zwischen dem Objekt und dem Hintergrund außerordentlich gering ist.
Da sich zudem der Additionsstrom ΙΆ bei dem erfindungsgemäß
verwendeten Meßfühler PSD in Abhängigkeit von der Helligkeit . des Objekts ändert, kann dieser Meßfühler nicht nur zur Bestimmung
der Bildposition oder -lage, sondern auch als Lichtempfangselement
für die Belichtung benutzt werden. Die· Konstruktion dieses Meßfühlers PSD ist nicht auf den in der Zeichnung
dargestellten Aufbau beschränkt, vielmehr können auch andere Konstruktionen angewandt werden, sofern sie ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der Lage des Leuchtdichtenschwerpunkts
des optischen Bilds auf dem Lichtempfangselement zu liefern vermögen. ' .
Die Erfindung beruht somit auf dem Prinzip, daß eine Bewegung
oder Verschiebung des Leuchtdichtenschwerpunkts des optischen
Bilds im Meßfühler PSD elektrisch erfaßt werden kann. Als Element,
dessen Ausgangssignal sich in Abhängigkeit von der Verschiebung der Lage des optischen Bilds ändert, kann ein dreilagiger
optischer Schiebewiderstand verwendet werden, der aus einem guten Leiter, einer photoleitenden Substanz, wie CdS
oder CdSe, und einem bandförmigen Widerstand aus Kohlenstoff oder dergleichen besteht, wie er z.B. in der JA-OS 29 349/1975
beschrieben ist. Bei der praktischen Verwendung eines solchen Widerstands lassen sich die durch die Erfindung gewährleisteten
vorteilhaften Ergebnisse jedoch nicht erzielen, weil eine Rausch- bzw. Störsignalunterdrückung in der Praxis sehr schwierig
ist. Im Prinzip kann auch ein Bildpositions-Meßelement verwendet werden, das aus vielfach unterteilten Elementanordnungen
besteht und in der Position des Meßfühlers PSD angeordnet
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ist. Eine derartige Anordnung ist jedoch nicht unproblematisch, weil der Schaltungsaufbau, beispielsweise mit einer Taktschaltung,
einem Schalterkreis und dergl., kompliziert wird. Obgleich die Verwendung derartiger Halbleiter-Detektor- bzw. -Meßelemente
innerhalb des technischen Rahmens der Erfindung liegt, wird die Verwendung des beschriebenen Meßfühlers PSD bevorzugt, weil er
ohne größeren Raumbedarf untergebracht werden kann, dabei Störsignale (Rauschen) unterdrückt und die Meßgenauigkeit verbessert.
Fig. 7 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfindung,
bei welcher zwei dieselbe Brennweite besitzende abbildende Elemente (Linsen) I1 und I2 für die Entfernungsmessung
vorgesehen sind. Ein Kamera-Objektiv ist mit 1_ bezeichnet. Ein erster Positions-Meßfühler PSD. ist in einer Lage befestigt,
die im wesentlichen der Abbildungsebene der Linse 1- entspricht. Ein zweiter, nach rechts und links bewegbarer
Positions-Meßfühler PSD2 ist in einer Lage angeordnet, die im
wesentlichen der Abbildungsebene der Linse 1- entspricht. Vorzugsweise
besitzen die beiden Meßfühler PSD1 und PSD- die gleichen Leistungskennwerte. Von diesen Meßfühlern PSD. und
werden Aus gangs ströme L,, I12 bzw. I2-]/ I92 a-t)9enommen
und zur Lieferung von elektrischen Signalen IQ1 bzw. I _ durch
Positionsmeß-Verarbeitungsschaltungen PDC1 bzw. PDC- verarbeitet.
·
Wenn die Lagenbeziehung zwischen dem'optischen Bild am feststehenden
Positions-Meßfühler PSD1 und dem optischen Bild am
Positions-Meßfühler PSD- gleich wird, werden die Ausgangssignale I "bzw. I2 der Verarbeitungsschaltungen PDC1 bzw. PDC2
gleich groß, so daß das Ausgangssignal Iß des Differentialverstärkers
A4 eine Mindestgröße darstellt.
Wenn hierbei die Bewegungsrichtung und Bewegungsgröße des
Meßfühlers PSD2 nach rechts und links der Scharfeinstellrichtung
und -größe des Kamera-Objektivs 1- zugeordnet wer-
den, läßt sich eine Sdharfeinstellung des Objektivs I3 unter
Ablesung der Anzeige\auf dem Meßgerät A vornehmen.
Fig. 8 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Anzeigegröße des Meßgeräts A und dem Brennpunkt. Wenn gemäß Fig. 8
der Brennpunkt des Kamera-Objektivs l->
mit dem Abstand bzw. der Entfernung Do zum Objekt O koinzidiert, wird die Stromgröße
Γ gleich Null.
Obgleich bei dieser Ausführungsform die Scharfeinstellung
unter Ablesung der Anzeige des Meßgeräts A erfolgt, kann eine Kamera mit automatischer Scharfeinstellung realisiert werden,
wenn anstelle des Meßgeräts A ein Objektiv-Stoppmagnet oder ein Servomotor verwendet wird.
Bei dieser Ausführungsform kann ebenfalls ein Lichtpunkt zum
Objekt abgestrahlt werden; dies ist für die Entfernungsmessung besonders dann von Vorteil, wenn der Helligkeitsunterschied
zwischen dem Objekt und dem Hintergrund außerordentlich gering ist. . -·
Weiterhin ist bei dieser Ausführungsform die Linse 1~· lagenfest,
während der Meßfühler PSD- bewegbar ist. Dasselbe Ergebnis kann jedoch auch dann erzielt werden, wenn der Meßfühler
PSD2 festgelegt wird, während sich die Linse I2 bewegen
kann, oder das eine optische Bild nach dem bisherigen Verfahren unter Verwendung eines bewegbaren Spiegels oder
dergl. verschoben wird.
Der bei dieser Ausführungsform verwendete Positions-Meßfühler
PSD kann nicht nur für die Bild- bzw. Entfernungsmessung, sondern auch als Lichtempfangselement für Belichtungszwecke
benutzt werden, weil der Additionsstrom I entsprechend
der Helligkeit des Objekts variiert.
Aufgrund der durch den beschriebenen Entfernungsmesser ermöglichten
Entfernungsmessung können die Meßgenauigkeit, verbessert
sowie die Fertigungskosten herabgesetzt und Größe und 'Gewicht der Vorrichtung im Vergleich zu der bisherigen Anordnung,
die ein Entfernungsmeßelement aus vielfach unterteilten Elementanordnungen verwendet, verringert werden» Außerdem werden
damit die"Probleme bei. der bisherigen Anordnung unter Verwendung eines dreilagigen optischen Schiebewiderstands vermieden,
die ein langsames Ansprechverhalten besitzt und bei welcher eine Rausch- bzw. Störsignalunterdrückung schwierig ist.
Fig. 9 veranschaulicht noch eine andere Ausführungsform der
Erfindung, bei welcher der Lichtstrahl von einer Lichtquelle LS über ein optisches System 1, als Lichtpunkt zum Aufnahme-Objekt
hin gerichtet wird, während das reflektierte Licht von einem Positions-Meßfühler PSD abgenommen wird, der in der Abbildungsebene
eines anderen optischen Systems 1_ angeordnet ist. Wie erwähnt, werden hierbei die Ausgangsströme I1 und I^,
die von der Lage des Leuchtdichtenschwerpunkts abhängen, vom Meßfühler PSD abgenommen und dann durch die Positionsmeß-Verarbeitungsschaltung
PDC verarbeitet, um ein dem Abstand Do vom Objekt O entsprechendes elektris.ch.es Signal zu liefern.
In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß das Teilungs- oder Divisionsausgangssignal I0 gemäß Fig. 6 ein Signal darstellt,
das auf die Bildverschiebungsgröße bzw. -strecke auf den Meßfühler PSD bezogen ist, so daß der Abstand Do vom Aufnahme-Objekt
O gemäß Fig. 10 vom Divisionsausgangssignal I^ abgeleitet
werden kann.■
Obgleich die Signale der erwähnten Verarbeitungsschaltungen "sämtlich in Form eines Stroms verarbeitet werden, können sie
selbstverständlich auch als Spannung oder als Kombination eines Stroms mit einer\ Spannung verarbeitet werden.
Pig. 11 veranschaulicht ein Beispiel für eine Kamera mit
automatischer Scharfeinstellung unter Verwendung eines Strahlung-Entfernungsmessers und -detektors. Wenn bei der
Anordnung gemäß Fig. 11 ein Auslöser LB gedrückt wird, wird die Objektivfassung des Kamera-Objektivs I3 von Klauen P1,
Pt freigegeben, wobei sich der Brennpunkt des Objektivs aus
der Naheinstellung (N) auf "unendlich" (°v. ) verschiebt. ·
Zwischenzeitlich wird der Lichtstrahl von der Lichtquelle. LS über das optische System I1 zum Aufnahme-Objekt 0 geworfen.
Das Teilungs- bzw. Divisionsausgangssignal I der beschriebenen Verarbeitungsschaltung PDC wird durch einen
Strom/Spannung-Wa'ndler A^ in eine Spannung V, umgesetzt,
welche dem Abstand Do des Aufnahme-Objekts O entspricht.
Andererseits wird eine Differenz zwischen einer Spannung V2
entsprechend der Tubus- oder Fassungsstellung des Kamera-Objektivs 1-s und der Spannung V1 durch einen Differentialverstärker
AA als Spannung V erzeugt. Wenn der Brennpunkt
des Objektivs L die Entfernung Do erreicht, koinzidiert die
Spannung V2 mit der Spannung V1, so daß die Ausgangsspannung
Vs des DifferentialVerstärkers Ag zu Null wird. Wenn das Ausgangssignal
Vn die Größe Null erreicht, wird ein Objektiv-Stoppsolenoid
SOL aus dem Betätigungszustand freigesetzt,., so daß die Klinke oder Klaue p>
unter der Kraft einer Feder S1 in eine Zahnstange LC eingreifen kann und das Kamera-Objektiv
I3 in einer Einstellung entsprechend dem Abstand Do
fixiert, worauf die automatische Scharfeinstellung abgeschlossen ist.
Die beschriebene Anordnung, bei welcher die Entfernungsmessung mittels des elektrischen Signals erfolgt, das unter
Verwendung des erfindungsgemäßen Meßfühlers PSD aufgrund des von der Kamera abgestrahlten Lichtpunkts in Abhängigkeit
von der Lage des Helligkeits- oder Leuchtdichtenschwerpunkts des optischen Bilds erzeugt wird, bietet
somit im Vergleich zu der bisherigen Anordnung mit dem
optischen Schiebewiderstand oder dem vielfach unterteilten
Meßeleirtent Vorteile bezüglich einer Verbesserung der Meßgenauigkeit
sowie einer Senkung der Fertigungskosten und einer Herabsetzung von Größe und Gewicht,
Wie erwähnt, vermeidet diese Vorrichtung außerdem die Probleme
bei der bisherigen Anordnung unter Verwendung des dreilagigen optischen Schiebewiderstands, nämlich bezüglich eines langsamen
Ansprechens und der schwierigen Störsignalunterdrückung. Da erfindungsgemäß der Helligkeits- bzw. Leuchtdichtenschwerpunkt
gemessen wird, braucht im abbildenden optischen System keine hohe Fokussier- bzw. ScharfStellgenauigkeit eingehalten
zu werden, auch wenn das Bild auf dem Meßfühler PSD (nicht) zu einem gewissen Grad unscharf ist.
■ Fig. 12 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Dabei wird das optische Bild bzw." Abbild des Objekts 0 über eine bewegliche Linse 102 als abbildendes Element auf·
einem Film F geformt..Zwischen der Linse 102 und dem Film F ist ein den Strahlengang teilender halbdurchlässiger Spiegel "
103 angeordnet. Der Meßfühler PSD ist in bezug auf die Linse 102 in derselben Lage oder Ebene-wie der Film F angeordnet.
Gemäß Fig. 12 ist der obere Teil des>Meßfühlers PSD (bzw. der ■
untere Abschnitt des Strahlengangs gemäß Fig. 13) gegenüber
dem Strahlengang durch eine Maske 104 abgedeckt. Durch diese Abdeckung der einen Seite des Strahlengangs wird ein Lagenverhältnis
gewährleistet, welches die größte exzentrische Wirkung in bezug auf die optische Achse des optischen Systems
bietet. Da die eine Seite des Meßfipile.rs PSD auf diese Weise
abgedeckt bzw. maskiert ist, verschiebt sich der'Leuchtdichtenschwerpunkt,
wenn das optische Bild L unscharf wird, unter Ausdehnung allmählich zu L-, L2, L-j, wie dies an der linken
Seite von Fig. 13 dargestellt ist. Mit anderen Worten: der Unterschied zwischen den Ausgangsströmen I^ und 12 nimmt
allmählich zu. Da die Wirkung der Exzentrizität auch ohne Verwendung einer Maske durch Verschiebung der optischen
• · β ·
Achse in Richtung des Rands der Lichtempfangsflache des
Meßfühlers PSD erreicht werden kann, kann eine Änderung des Leuchtdichtenschwerpunkts infolge einer fehlerhaften
Scharfeinstellung erzielt werden.
Gemäß Fig. 12 werden die Ausgangsströme I1, I„ vom Meßfühler
PSD als elektrische Signale abgenommen, die dann, ähnlich wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen,
durch die Positionsmeß-Verarbeitungsschaltung PDC verarbeitet werden.
Im linken Teil von Fig. 13 ist die Beziehung zwischen dem
Fehleinstellzustand und dem Teilungs- bzw. Divisionsausgangsstrom
IQ dargestellt.
, Eine Scharfeinstellung läßt sich erreichen, indem das Kamera-Objektiv
102 verstellt wird, bis das Meßgerät A (Fig.12) den kleinsten Wert anzeigt.
In Fig. 14 ist noch eine weitere Ausführungsform der· Erfindung dargestellt, bei welcher der erfindungsgemäße Entfernungsmesser auf eine sogenannte einäugige Spiegelreflexkamera
angewandt ist.
Das optische Bild oder Abbild des Objekts 0 wird auf dem Film F durch die bewegliche Linse 1- als abbildendes Element gebildet.
Zwischen der beweglichen Linse 1- und dem Film F ist ein beweglicher
bzw. Schwingspiegel QRM angeordnet, der bei einer Auf- · nähme aus dem Strahlengang hochklappt. Wenn der Schwingspiegel
QRM in den Strahlengang eingeschwenkt ist, befindet sich ein Teilbildprisma SIP auf der optischen Achse dem Schwingspiegel
gegenüber. Dieses Prisma SIP und der Film F sind in derselben Lagenbeziehung (Strahlenganglänge) gegenüber der beweglichen
Linse 1. angeordnet. Zwei Meßfühler PSD1 und PSD2 sind so angeordnet,
daß sie das durch das Teilbildprisma SIP in lotrech-
ter Richtung bzw. nach rechts und links geteilte und durch
einen halbdurchlässigen Spiegel HM innerhalb der Kondensorlinse 1„ reflektierte Licht abnehmen. Diese Meßfühler PSD1
und PSD2 entsprechen dem Teilbildprisma SIP.
Fig. 15 veranschaulicht eine Operations- bzw. Verarbeitungsschaltung zur Abnahme der Ausgangssignale I1-Ir 1O' 1Oi' I22
von den beiden Meßfühlern PSD1 und PSD2 und zur Verarbeitung
dieser Signale zwecks Lieferung eines Scharfstellsignals. Die
Ausgangssignale I.., 1IO' I21' I22 ^er Meßfühler PSD1 bzw.
werden dabei Positionsmeß-Verarbeitüngssehaltungen PDC1 bzw.
eingegeben.
Wenn eine Scharfeinstellung erreicht ist, werden gemäß Fig.15
die Teilungs- oder. Divisionsausgangsströme I01/ Iq2 äer Verarbeitungsschaltungen
PDC1, PDC2·gleich groß, so daß das Ausgangssignal
I„ des DifferentialVerstärkers A. zu Null wird.
Die Scharfeinstellung kann durch Verstellen des Kamera-Objektivs
I1 in der Weise erfolgen, daß das Meßgerät A einen möglichst
kleinen Wert anzeigt.
Leerseite
Claims (6)
- Patentansprüche :-.) Entfernungsmesser, insbesondere für Kameras oder dergleichen, gekennzeichnet durch ein lagenfest angeordnetes abbildendes Element (1), durch Halbleiter-Positionsdetektorelemente (31), die in Lagen praktisch entsprechend der Abbildungsebene des abbildenden Elements (1) angeordnet sind, durch einen dem abbildenden Element (1) vorgeschalteten halbdurchlässigen Spiegel (z.B. 32), durch einen bewegbaren, reflektierenden Spiegel (4), der vom halbdurchlässigen Spiel (32) im Abstand der Länge einer Meß-Basislinie (BL) angeordnet ist, durch eine Antriebseinrichtung zur Verschiebung eines durch die beiden Spiegel (4, 32) und das abbildende Element (1) erzeugten optischen Bilds auf den Halbleiter-Positionsdetektorelementen (31) relativ zu einem optischen Bild, das durch das abbildende Element (1) über den. halbdurchlässigen Spiegel (32) auf den Posi-tionsdetektorelementen (31) erzeugt wird, durch eine Lichtunterbrechungs- und Speichereinrichtung (z.B. 33 usw.) zur vorübergehenden Unterbrechung des vom reflektierenden Spiegel (4) auf die Positionsdetektorelemente (31) geworfenen Lichtstrahls und zur vorübergehenden zwischenzeitlichen Speicherung nur des über den halbdurchlässigen Spiegel (32) einfallenden Lichtstrahls, und durch eine Operations- bzw. Verarbeitungsschaltung (34 - 36) zur Verarbeitung (operating) der Ausgangssignale der Halbleiter-Positionsdetektorelemente (31) zwecks Lieferung eines Objektabstand_,signals.
- 2. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiter-Positionsjäetektorelemente Positions-Meßfühler (position sensitive detectors) vorgesehen sind.
- 3. Entfernungsmesser, insbesondere nach einem der Ansprüche1 und 2, gekennzeichnet durch ein erstes Halbleiter-Positionsdetektorelement aus einem lagenfest angeordneten ersten abbildenden Element und einem Positions-Meßfühler (PSD), der in einer Position praktisch entsprechend der Abbildungsebene des ersten abbildenden Elements angeordnet ist, durch ein -zweites Halbleiter-Positionsdetektorelement aus einem zweiten abbildenden Element und einem Positions-Meßfühler (PSD), der in einer Lage praktisch entsprechend der Abbildungsebene des zweiten abbildenden Elements angeordnet ist, durch eine Antriebseinrichtung zur Verschiebung des zweiten" abbildenden Elements und des zweiten Halbleiter-Positionsdetektorelementes relativ zueinander und durch durch eine Operations- bzw. Verarbeitungsschaltung zur Verarbeitung der Ausgangssignale von gegenüberstehenden Elektroden der beiden Halbleiter-Positionsdetektorelemente zwecks Lieferung eines Objektabstand_signals.
- 4. Entfernungsmesser, insbesondere n&ch einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet .durch eine Lichtquelle zur Abstrahlung eines Lichtpunkts zu einem (Aufnahme-) Objekt, durch ein abbildendes Element zur Erzeugung eines Bilds des reflektierten Lichtstrahls, durch einen Positions-Meßfühler (position sensitive detector bzw. PSD), der in einer Lage praktisch entsprechend der Abbildungsebene angeordnet ist und dessen Ausgangssignal entsprechend der Lichtempfangsposition auf einer Lichtempfangs fläche variiert, und durch eine Posi.tionsmeß-Verarbeitungsschaltung (PDC) zur Lieferung eines elektrischen Signals entsprechend dem Abstand zum Objekt.
- 5. Entfernungsmesser, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein abbildendes Element zur Erzeugung eines Bilds (Abbilds) eines (Aufnahme-)Objekts, durch einen Positions-Meßfühler (PSD) in solcher Anordnung, daß seine Lichtempfangsflache, in bezug auf die optische Achse eines ein anderes abbildendes Element aufweisenden und rückwärts vom ersten abbildenden Element angeordneten optischen Systems exzentrisch ist, und durch eine Operations- oder Verarbeitungsschaltung, .welche die Extremwerte des Ausgangssignals des Positions-Meßfühlers erfaßt und ein Scharfeinstellsignal erzeugt.
- 6. Entfernungsmesser, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Linse zur Erzeugung eines Bilds eines (Aufnahme-)Objekts, durch ein der Linse an ihrer Rückseite gegenüberstehendes (juxtaposed) Teilbildprisma, durch zwei Halbleiter-Positionsdetektorelemente unter Verwendung von Positions-Meßfühlern (position sensitive detectors bzw. PSDs), die an der Rückseite des Teilbildprismas in diesem entsprechenden Positionen angeordnet sind, und durch eine Operations- ,bzw. Verarbeitungsschaltung zur Verarbeitung der Ausgangssignale der Halbleiter-Positionsdetektorelemente zwecks Lieferung eines ScharfStellsignals.
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