DE3247262A1

DE3247262A1 - Entfernungsmesseinrichtung

Info

Publication number: DE3247262A1
Application number: DE19823247262
Authority: DE
Inventors: Shinji Nagaoka; Koji Yotsukaido Chiba Sato
Original assignee: Seiko Koki KK
Current assignee: Seiko Koki KK
Priority date: 1981-12-21
Filing date: 1982-12-21
Publication date: 1983-06-30
Also published as: US4579450A; JPS58106410A; GB2115254B; GB2115254A

Description

Entfernungsmeßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Entfernungsmeßeinrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind bereits eine Reihe von Entfernungsmeßeinrichtungen dieser Art bekannt, die beispielsweise bei Kameras zur automatischen Ent— fernungseinstellung -dienen und bei denen von einer Lichtquelle emittiertes Licht auf das Aufnahmeobjekt projiziert wird, um von diesem Objekt reflektiertes Licht mit Hilfe einer lichtelektrischen Einrichtung in ein von der Entfernung abhängiges elektrisches Signal umzuwandeln. Bei einer bekannten Entfernungsmeßeinrichtung dieser Art (JA-OS 55-89703) sind eine Anzahl von lichtelektrischen Elementen vorgesehen, die entsprechend unterschiedlichen Objektentfernungen angeordnet sind, wobei das Ausgangssignal desjenigen lichtelektrischen Elements nachgewiesen wird/ auf das der größte Anteil des von dem Objekt reflektierten Lichts auffällt, so daß mit Hilfe dieses Signals die Entfernung von dem Objekt bestimmt werden kann. Es ist ferner bereits Gegenstand einer älteren Patentanmeldung (DE-OS 31 35 545), einem einzigen lichtelektrischen Element eine längsverschiebbare Abschirmein: richtung zuzuordnen, so daß mit Hilfe einer Nachweisschaltung zum Nachweis einer Änderung des fotoelektrischen Ausgangssignals des lichtelektrischen Elements durch Abschirmen des von dem Ob jekt reflektierten Lichts die Entfernung von dem Objekt bestimmt werden kann.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, eine Entfernungsmeßeinrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß weder mehrere lichtelektrische Elemente noch eine zusätzliche Abschirmeinrichtung erforderlich sind, so daß die Entfernungsmeßeinrichtung kostensparender herstellbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einer Entfernungsmeßexnrichtung gemäß der Erfindung wird deshalb das von dem Objekt reflektierte Licht auf ein einziges

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lichtelektrisches Element projiziert,/Beispielsweise eine Silizium-Fotodiode sein kann, die auf ihrer Oberfläche eine unempfindliche Zone aufweist, die etwa dieselbe Breite oder Flächengröße wie die Abbildung durch das reflektierte Licht aufweist. Das lichtelektrische Element wird in der Abbildungsebene in einer bestimmten Beziehung zu der Entfernung des Objekts bewegt, so daß eine Änderung des lichtelektrischen Ausgangssignals des lichtelektrischen Elements dazu verwendet werden kann, die Entfernung von dem Objekt zu bestimmen. Deshalb enthält eine derartige Entferungsmeßeinrichtung weder eine Mehrzahl von lichtelektrischen Elementen, so daß die erforderliche Schaltung wesentlich vereinfacht werden kann, noch eine Abschirmeinrichtung, die entlang der Oberfläche des lichtelektrischen Elements verschiebbar ist. Bei einer derartigen Entfernungsmeßeinrichtung ergibt sich eine Änderung des lichtelektrischen Ausgangssignals, die vergleichbar mit derjenigen bei Verwendung einer Abschirmeinrichtung ist, so daß ebenfalls eine verhältnismäßig einfache Nachweisschaltung verwendbar ist.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen;

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Entfernungsmeßeinrichtung gemäß der Erfindung in einer Kleinbildkamera;

Fig. 2 eine vergrößerte schematische Darstellung des lichtelektrischen Elements in Fig. 1 in Verbindung mit einer grafischen Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der Entfernungsmeßeinrichtung;

Fig. 3 ein Schaltbild der dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 'zugeordneten Nachweisschaltung; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung von Ausfuhrungsformen des lichtelektrischen Elements in Fig. 1.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Lichtquelle 1 vorgesehen, die beispielsweise eine Lampe oder eine Leuchtdiode sein kann. Vor der Lichtquelle ist eine Projektionsoptik 2 angeordnet, um ein Lichtbündel mit einer optischen Achse 3 auf ein Aufnahmeobjekt 8 zu projizieren. Von dem Aufnahmeobjekt 8 reflektiertes Licht trifft entlang einem Strahlengang 4 auf eine Abbildungsoptik 5 auf, durch ein Lichtfleck 6a auf einem lichtelektrischen Element 6 in dem Kamerakörper 7 abgebildet wird. Die Abbildungsoptik 5 hat eine optische Achse 9.

Die in Fig. 3 dargestellte Nachweisschaltung enthält Operationsverstärker 10,11, denen Rückkoppelungwiderstände 12 bzw. 13 zugeordnet sind. Die Schaltung enthält ferner einen Koppelungskondensator 14, eine Nachweisdiode 16, einen integrierenden Kondensator 17, Widerstände 15, 18 und 19 sowie eine Treiberschaltung 20 für eine intermittierende Erregung der Lichtquelle 1. Das Ausgangssignal der Nachweisschaltung ist mit VO bezeichnet.

Im folgenden soll die Arbeitsweise näher erläutert werden. Das lichtelektrische Element 6 ist in einer Abbildungsebene der Abbildungsoptik 5 angeordnet und entsprechend der Darstellung in Fig. 1 in Pfeilrichtung senkrecht zur optischen Achse 9 verschiebbar. Das .lichtelektrische Element 6 weist auf seiner Oberfläche eine unempfindliche Zone auf, wie im folgenden noch näher erläutert werden soll.

Von der Lichtquelle 1 emittiertes Licht wird auf das Objekt 8 projiziert und das davon entlang dem Strahlengang 4 reflektierte Licht wird durch die Abbildungsoptik 5 zur Abbildung des Lichtflecks 6a auf das lichtelektrische Element 6 projiziert. Anstelle einer Sammellinse kann auch eine andere Abbildungsoptik 5 verwendet werden. Die Lage des Lichtflecks 6a auf dem lichtelektrischen Element 6 hängt von der Entfernung des Objekts 8 ab. Wenn sich-das Objekt in einer unendlichen

Entfernung befindet, fällt das reflektierte -Licht in Richtung der optischen Achse 9· auf die Abbildungsoptik 5 auf, so daß der Lichtfleck auf derjenigen Stelle des lichtelektrischen Elements 6 abgebildet wird, die durch die optische Achse 9 bestimmt wird. Bei kürzeren Entfernungen des Objekts wird die Abbildungsstelle des Lichtflecks entlang dem lichtelektrischen Element 6 in Fig.1 nach rechts verschoben. Deshalb kann die Entfernung des Objekts dadurch bestimmt werden, daß die Änderung des lichtelektrischen Ausgangssignals des lichtelektrischen Elements nachgewiesen wird, welches eine unempfindliche Zone aufweist, die der Breite oder Größe des Lichtflecks entspricht, um die Lage des Lichtflecks auf dem lichtelektrischen Element 6 bestimmen zu können.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Nachweisschaltung sind die beiden Ausgangsanschlüsse des lichtelektrischen Elements 6 mit dem positiven bzw. negativen Eingang des Operationsverstärkers 10 verbunden, so daß der Kurzschlußstrom des lichtelektrischen Elements 6 durch den Operationsverstärker 10 verstärkt wird und über den Koppelungskondensator 14 der nächsten Stufe mit dem Operationsverstärker 11 zur weiteren Verstärkung des Wechselspannungssignals zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 11 wird durch die Diode 16 nachgewiesen und mit Hilfe des Kondensators 17 integriert, so daß an diesem eine Ausgangsspannung VO auftritt. Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Lichtquelle 1 zur Erzeugung einer Impulsmodulation der Lichtemission mit einer vorherbestimmten Frequenz erregt. Durch Verwendung einer Impulsmodulation für das emittierte Licht kann erreicht werden, daß der Einfluß von externem Licht (natürlichem Licht) auf die Entfernungsmessung praktisch vollständig beseitigt werden kann.

Wenn sich das lichtelektrische Element 6 in der in Fig. 2 dargestellten Lage befindet, liegt der mit dem reflektierten Licht abgebildete Lichtfleck 6a auf der unempfindlichen Zone 6b des lichtelektrischen Elements 6, so daß das Ausgangssignal VO der Nachweisschaltung in Fig. 3 auf seinen Minimalwert verringert wird. Angrenzend an diese Abbildungsstelle erfolgt

eine Abbildung des Lichtpunkts 6a auf einem lichtempfindlichen Bereich des lichtelektrischen Elements 6, so daß dann ein Ausgangssignal an dem lichtelektrischen Element 6 auftritt. Deshalb tritt ein minimales Signal auf, wenn das lichtelektrische Element 6 in einer Richtung entsprechend einer Bewegung von einer kürzeren zu einer weiteren Entfernung bewegt wird, also von links nach rechts in Fig. 2. Dies gilt auch für eine Bewegung in der entgegengesetzten Richtung.

Das lichtelektrische Element 6 empfängt außer dem von dem Objekt 8 reflektierten Licht auch natürliches Licht. Dadurch wird jedoch keine wesentliche Ausgangsspannung verursacht, da durch die Nachweisschaltung eine Wechselspannungsverstärkung erfolgt, so daß das Ausgangssignal von der Intensität des natürlichen Lichts praktisch nicht abhängt.

Deshalb ergibt sich nur dann die Ausgangsspannung VO, wenn das von dem Objekt 8 reflektierte modulierte Licht auftrifft. Deshalb kann die Entfernung zu dem Objekt durch Ablesen einer Stelle Ip gelesen werden, wenn ein Minimalwert der Ausgangsspannung VO erhalten wird. Diese Entfernung entspricht bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel 1,5 m. Eine derartige Entfernungsmeßeinrichtung kann für die automatische Entfernungseinstellung einer Kamera verwendet werden, wenn der beschriebene negative Scheitelwert elektrisch ,mit Hilfe einer bekannten Schaltung zum Nachweis eines Scheitelwerts bestimmt wird, so daß durch ein entsprechendes Ausgangssignal eine automatische Einstellung des Objektivs der Kamera erfolgen kann.

Fig. 4 zeigt Ausfuhrungsformen des lichtelektrischen Elements 6, das die unempfindliche Zone 6b, einen lichtelektrischen empfindlichen Bereich 6c und Elektroden 6d und 6e aufweist. Bei der Ausführungsform in Fig. 4a ist die unempfindliche Zone dadurch ausgebildet, daß eine dünne abschirmende Schicht durch Auftragen von pastenförmigem Material auf eine Silizium-Fotodiode oder ein sonstiges lichtempfindliches Halbleiterchip aufgetragen wird. Fig. 4b zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die unempfindliche Zone durch einen zentralen Bereich der Elektrode 6d gebildet wird.

Die unempfindliche Zone 6b ergibt eine Ausgangswellenform mit sehr gutem Wirkungsgrad, wenn die Größe des Lichtflecks gleich der Breite der unempfindlichen Zone 6b ist. Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen und Strukturen der unempfindlichen Zone möglich. Beispielsweise kann die unempfindliche Zone durch Aufdampfen oder Auftragen auf eine Oberfläche des lichtelektrischen Elements ausgebildet werden.

Aus dem beschriebenen Ausführungsbeispiel geht deshalb hervor/ daß lediglich ein einziges lichtelektrisches Element erforderlich ist, so daß als derartiges Element eine übliche Fotodiode verwendbar ist. Deshalb kann die Nachweisschaltung im Vergleich zu bekannten Einrichtungen mit einer Mehrzahl von lichtelektrischen Elementen wesentlich vereinfacht werden. Da ferner kein Abtastspiegel erforderlich ist, entfällt eine verhältnismäßig schwierige Einjustierung.

Claims

Patentansprüche

Entfernungsmeßeinrichtung mit einer Optik zur Projektion des von einer Lichtquelle emittierten Lichts auf ein Meßobjekt, sowie mit einer Abbildungsoptik für das reflektierte Licht, um einen Lichtfleck auf einem dahinter angeordneten lichtelektrischen Element abzubilden, dessen Ausgangssignal zur Messung der Entfernung benutzt wird, dadurch gekennzei cn net, daß ein mit einer unempfindlichen Zone (6b) versehenes lichtelektrisches.Element (6) in der Abbildungsebene beweglich angeordnet ist und daß eine Nachweisschaltung zum Nachweis der Änderung des lichtelektrischen Ausgangssignals des lichtelektrischen Elements vorgesehen ist, welches Aussgangssignal durch die Bewegung des lichtelektrischen Elements in einer bestimmten Beziehung zu der Objektentfernung verursacht wird.
2. Entfernungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unempfindliche Zone (6b) des lichtelektrischen Elements dieselbe Breite wie der durch das reflektierte Licht abgebildete Lichtfleck (6a) aufweist.
3. Entfernungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtquelle (1) eine Erregerschaltung (20) zur Erzeugung einer Lichtemission mit Impulsmodulation zugeordnet ist.