DE3437145A1 - Automatische scharfeinstellvorrichtung fuer photographische kameras - Google Patents
Automatische scharfeinstellvorrichtung fuer photographische kamerasInfo
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Description
-..j : ' 3437U5
Die Erfindung betrifft eine automatische Scharfeinstellvorriehtung
für eine photographische Kamera (sog. Autofocuseinrichtung), mit einer Speichereinheit zur elektronischen Speicherung von Entfernungs-Meßwerten
und einer Verknüpfungs- bzw. Rechenschaltung zur Ermittlung des sich aus den Meßwerten ergebenden günstigsten Entfernungs-Einstellwertes
für das Aufnahmeobjektiv unter Berücksichtigung verschiedener Anforderungen an Lage und Ausdehnung des Schärfentiefenbereichs.
Bekannte automatische Scharfeinstellvorrichtungen messen die Entfernung
zu einem Aufnahmeobjekt in einem sehr eng begrenzten Bereich in der
Mitte des aufzunehmenden Bildfeldes.
Dieses Verfahren ergibt nur gute Resultate, wenn sich das Hauptobjekt
ebenfalls in Bildmitte befindet oder wenn das Objekt insgesamt eine
geringe Tiefenausdehnung aufweist.
Eine Verbesserung dieses Verfahrens wird durch die Einführung eines
Meßwertspeichers erreicht. Dabei kann zunächst mit Hilfe einer Zielvorrichtung das Hauptobjekt anvisiert werden, seine Entfernung gemessen
und die so gewonnene Entfernungsinformation mittels eines Speichers festgehalten werden. Die Kamera kann danach in eine andere
Richtung geschwenkt werden, um den gewünschten Bildaufbau herzustellen. Beim Auslösen der Kamera erfolgt dann die Scharfeinstellung des Objektivs
gemäß der im Speicher enthaltenen Entfernungs-Information, so daß eine
scharfe Abbildung des zuvor gemessenen Hauptobjekts erreicht wird.
Nach einem anderen Vorschlag (DE OS 33 44 431 A 1) werden an mehreren
Stellen innerhalb des Aufnahmebildfeldes Entfernungsmessungen durchgeführt.
Dazu wird das Meßfeld der Entfernungsmeßeinrirhtung automatisch über das Aufnahmeobjekt geführt. Die kürzeste gemessene Objektentfernung
wird dabei gespeichert und das Aufnahmeobjektiv auf diesen Wert eingestellt. Es wird dabei vorausgesetzt, daß das Hauptobjekt
immer am nächsten zur Kamera gelegen ist.
Alle diese Verfahren haben den Nachteil, daß die Scharfeinstellung
der Kamera immer nur auf die gemessene Objektebene erfolgt. Da die meisten Aufnahmeobjekte aber eine räumliche Tiefenausdehnung haben,
ist es kaum möglich, gezielt einen bestimmten Tiefenbereich des Objektes scharf abzubilden, was aufgrund der stets Vorhandenen Schärfentiefe
des Aufnahmeobjektivs möglich wäre. Die Schärfentiefe, die insbesondere bei kleineren Blendenöffnungen des Aufnahmeobjektivs vorhanden ist,
ί ■: 3437Η5
kann also nicht voll genutzt werden.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer automatischen Seharfeinstellvorrichtung für eine photogrnphische Kamera, bei der
die räumliche Tiefenausdehnung des Aufnahmeobjektes berücksichtigt werden kann und entsprechend der Schärfentiefe des Aufnahmeobjektivs
in Abhängigkeit von dessen Blendenöffung die Scharfeinstellung eines
bestimmten räumlichen Tiefenbereichs des Aufnahmeobjekts ermöglicht wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden zusätzliche Möglichkeiten
geschaffen, die es dem Benutzer gestatten, gezielt die Lage und Ausdehnung des Schärfentiefenbereichs zu beeinflussen
bzw. vorherzubestimmen.
So soll z.B. in einer ersten Betriebsart der Scharfeinstellvorrichtung
in herkömmlicher Weise die Scharfeinstellung des Aufnahmeobjektivs
lr> genau auf die gemessene Entfernung erfolgen. Der gesamte bei einer
bestimmter! Blenden-Öffnungszahl k vorhandene Schärfentiefenbereich
verteilt sich dann nach den Gesetzen der geometrischen Optik (siehe "Naumann, Optik für Konstrukteure, Düsseldorf 1970, S. 28)
derart, daß die Tiefe des scharf abgebildeten Raumes vor der exakt
20. scharf eingestellten Ebene durch U, und die Tiefe des scharf abgebildeten
Raumes hinter dieser Ebene durch LL gegeben ist.
A** · k
U, = ο A = Abstand der exakt scharf ein-
U, = ο A = Abstand der exakt scharf ein-
., gestellten Objektebene
LL = A2 · k a = Konstante ( 1000 bis 4000)
I _o
k = Öffnungszahl des Aufnahmeobjektivs f = Brennweite des Aufnahmeobjektivs.
In einer zweiten Betriebsart soll die gemessene Objektentfernung A
als Höchstentfernung des vorhandenen Schärfentiefenbereichs bewertet
werden. Der gesamte scharf abgebildete Raum erstreckt sich demnach vor der gemessenen Entfernung. Die exakte Scharfeinstellung muß also
bei dieser "Naheinstellung" auf eine Entfernung A.. erfolgen die
kleiner ist als die gemessene Entfernung A und zwar gilt:
AN = Ao - U2 ·
Λ--#_. 5 3437Η5
In einer dritten Betriebsart soll die gemessene Objektentfernung A
als Mindestentfernung des vorhandenen Schärfentiefenbereichs bewertet werden. Der gesamte scharf abgebildete Raum erstreckt sich
demnach hinter der gemessenen Entfernung. Die exakte Scharfeinstellung muß also bei dieser "Ferneinstellung" auf eine Entfernung AF erfolgen,
die größer ist als die gemessene Entfernung A und zwar gilt:
Ar = A + U1 . FoI
In einer vierten Betriebsart soll der häufig auftretende Fall berücksichtigt werden, daß eine scharfe Abbildung von der gemessenen
Objektentfernung A bis Unendlich gefordert wird. Es handelt sich also um einen Sonderfall der zuvor beschriebenen dritten Betriebsart,
die sogenannte "Nah-Unendlichkeitseinstellung". Die exakte Scharfeinstellung
muß also auf die Entfernung Aa>erfolgen, die wesentlich
größer ist als die .gemessene Entfernung A .
Der scharf abgebildete Raum erstreckt sich bis in Unendliche, wenn gilt:
a · f = A00 k oder IK00 - a · f / k
Damit ergibt sich U, = A,-c / 2 oder, da U, gleich der gemessenen
Entfernung A sein soll,
= 2 · A
ο
ο
Selbstverständlich muß in dieser Betriebsart ein ausreichend großer
Schärfentiefenbereich vorhanden sein, um diese Bedingung einhalten
zu können. Andernfalls soll eine Warnung bzw. ein Hinweis erfolgen, damit durch gezielte Änderung der Parameter, z.B. durch Verkleinern
der Blendenöffnung (= Erhöhung der Ö'ffnungszahl k) die notwendige Schärfentiefe erreicht werden kann. In diesem Fall muß mindestens
die Öffnungszahl
a . f
k = eingestellt werden.
k = eingestellt werden.
2Ao
In einer fünften Betriebsart soll sich schließlich der Schärfentiefenbereich
zwischen zwei Aufnahmeobjekten erstrecken, die verschiedenen Abstand von der Kamera haben. Dazu muß die Entfernung
zu dem näheren Objekt A. und zu dem entfernteren Objekt A„ gemessen
werden, was nacheinander durch Anvisieren der beiden Objekte
mit der Zielvorrichtung der Entfernungsmeßeinrichtung und Zwischenspeicherung
der Meßwerte erfolgen kann. Die Scharfeinstellung muß dann auf eine mittlere Entfernung AM erfolgen, die gegeben ist
durch die Bezeichnung:
2 A1 - A2
Auch hier muß für einen ausreichend großen Schärfentiefenbereich
gesorgt werden und zwar durch Einstellen einer Öffnungszahl von mindestens
2 A1 A2
Diese Betriebsart kann auch sinnvoll kombiniert werden mit einer automatischen Abtastung des gesamten Bildfeldes, wobei an einer
größeren Zahl von Teilbereichen des Bildfeldes Entfernungsmessungen durchgeführt und die Meßwerte gespeichert werden. Aus dem kleinsten
und dem größten Entfernungsmeßwert kann dann nach diesem Verfahren die ideale Einstellentfernung ermittelt werden.
Die Wahl der Betriebsart kann vom Benutzer der Kamera durch geeignete
Einrichtungen z.B. Schalter oder Taster vorgenommen werden.
Selbstverständlich müssen in einer Kamera nicht alle 5 Betriebsmöglichkeiten vereint sein, sondern es kann auch eine Auswahl der
wichtigsten realisiert werden.
Im folgenden soll eine bevorzugte einfache Ausführungsform der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 . eine schematische Darstellung einer Meß- und Auswerteschaltung
für eine automatische Scharfeinstellvorrichtung der genannten Art,
Fig. 1 a eine Klarstellung der verwendeten Bezeichnungen nach "Naumann: Optik für Konstrukteure, Düsseldorf 1970,
S.. 21, 28",
Fig. 2 Schaltungsdetail zur Realisierung der Betriebsarten 1 und 2,
Fig. 3 Schaltungsdetail zur Realisierung der Betriebsarten 3 und 4, Fig. 4 Schaltungsdetail zur Realisierung der Betriebsart 5.
: . '-.-j- 34 3
Die Messung der Entfernung erfolgt in an sich bekannter Weise nach
dem Prinzip der Dreiecksbildung mit einem Infrarot-Lichtstrahl. Fig. 1 veranschaulicht den Aufbau der Entfernungsmefleinrichtung.
Die Strahlung einer Infrarot-Senderdiode 1 wird mit der Linse 2 parallel gerichtet und auf das Aufnahmeobjekt 3 fokussiert. Die
von dem Objekt 3 unter dem Winkel cL diffus zurückgestreute Strahlung
wird von der Linse 4 auf die Oberfläche des Positionsdetektors 5 fokussiert und erzeugt dort ein angenähertes Abbild der Senderdjode
Der Rückstreuwinkel oC und damit die Lage des empfangenen Lichtpunktes auf dem Positionsdetektor 5 ist von der Entfernung der Meßvorrichtung
1, 2, 4 , 5 zum Objekt 3 abhängig. Der Positionsdetektcr erzeugt die beiden Teilströme J. und JR, deren Verhältnis von der
Lage des Auftreffpunktes der Strahlung und damit von der Entfernung des Objektes 3 abhängig ist.
Es gilt die Bezeichnung:
^A L-X L= wirksame Länge des Positions-
= —ζ— detektors
X = Abstand des Auftreffpunktes von einem Ende des Positions
detektors
Die beiden Teilströme J. und JR werden durch die V/erstärker 6 und
verstärkt und der Recheneinheit 8 zugeführt. Hier werden Differenz
und Summe von J. und JR sowie der Quotient aus Differnz und Summe
gebildet. Das Ergebnis der Quotientenbildung enthält die reine Entfernungsinformation und ist unabhängig vom Reflexionsgrad des
Objektes.
Da die Fokussierung des Aufnahmeobjektivs in kleinen Stufenschritten
erfolgen kann und andererseits eine Speicherung des Entfernungs-Meßwerts erforderlich ist, erweist es sich als vorteilhaft, den
Meßwert zu digitalisieren. Dazu dient der Analog-Digital-Wandler
Der Digitalisierungsschritt wird dabei so gewählt, daß jedem Schritt
eine Entfernungseinstellzone entspricht. Die Zahl der einstellbaren Entfernungszonen N richtet sich nach
Brennweite und größter Blendenöffnung des Aufnahmeobjektivs sowie nach den Anforderungen an die Schärfenwiedergabe und liegt in der
Regel bei 5 bis 20.
-*;,-': δ 3437Η5
Das digitalisierte Entfernungssignal wird mit Hilfe der Steuerschaltung
10 in den Meßwertspeicher 11 eingeschrieben. Dieser Speicher hat N Stellen, wobei jede Stelle einer Entfernungszone
entspricht. Die Steuerschaltung 10 ist so ausgebildet, daß jeweils nur eine von den N Stellen besetzt werden kann, die dann den zuletzt
gemessenen Entfernungswert darstellt.
Außer dem Meßwertspeicher 11 ist ein zweiter Meßwertspeicher 12 vorhanden, der mit 11 identisch ist und der dann in Funktion tritt,
wenn zwei aufeinanderfolgende Meßwerte gespeichert werden müssen.
Die N Ausgänge der Meßwertspeicher 11 und 12 werden durch eine
Logikschalturig 13 miteinander verknüpft. In diese Logikschaltung werden die Signale für die gewünschte Betriebsart mit Hilfe des
Wahlschalters 14 eingegeben, der im gezeichneten Fall die Wahl
zwischen 5 verschiedenen Betriebsarten zuläßt.
Außerdem werden in die Logikschaltung 13 mit Hilfe des Schalters die am Aufnahmeobjektiv eingestellten Blendenwerte bzw. Gruppen
von Blendenwerten in codierter Form eingegeben.
Die Logikschaltung 13 hat ebenso wie die Meßwertspeicher 11 und N Ausgänge. Das Ausgangssignal des Meßwertspeichers ist das Eingangssignal
der Logikschaltung und wird durch diese entsprechend den eingegebenen Daten für Betriebsart und Blendenwert verändert.
Ist z.B. das Ergebnis einer Messung die Zone n, so kann durch die gewählte Betriebsart und/oder Blendenwert das Ausgangssignal der
Logikschaltung die Zone η + 1 sein.
Die genaue Funktion der Logikschaltung 13 in den einzelnen Betriebsarten
wird im folgenden anhand der Zeichnungen Fig. 2, 3 und 4 erklärt.
In der ersten Betriebsart soll die Scharfeinstellung genau auf die
gemessene Entfernung erfolgen, d.h. die Zonennummer darf durch die Logikschaltung nicht verändert werden. Nach Fig. 2 ist dies dann
der Fall, wenn auf den Steuerleitungen 16 und 17 der Logikpegel "0" eingestellt ist.
In diesem Fall gelangt z.B. das Ausgangssignal η des Meßwertspeichers
direkt durch das Oder-Gatter 18 zu dem Ausgang η der Logikschaltung.
Tn der zweiten Betriebsart soll die Scharfeinstellung auf eine
kürzere Entfernung, d.h. auf eine niedrigere Zonennummer als die gemessene erfolgen, wenn die bei dem eingegebenen Blendenwert vor-
handene Schärfentiefe dies zuläßt.
Dazu wird durch eine nicht gezeigte logische Verknüpfung der Signale
aus dem Betriebsarten-Schalter 14 und der Blendenwert-Eingabe 15
ein Signal gewonnen, das z.B. auf der Steuerleitung 16 den Logikpegel "1" erzeugt. Dadurch wird über das Oder-Gatter 19, den Inverter
und das Und-Gatter 21 der Durchgang des Signals η durch das Gatter blockiert:. Gleichzeitig wird aber der Weg für den Meßwert "n" durch
die Gatter 22 und 25 geöffnet, so daß er am Ausgang v/on 25 als Einstellwert " Π-1 " in Erscheinung tritt.
Entsprechend kann durch Wahl eines anderen Blendenwertes der zu einer größeren Schärfentiefe führt, in der gleichen Betriebsart
auf der Steuerleitung 17 der Logikpegel "1" erzeugt werden. Dann bleiben bei Auftreten des Meßwerts "n" die Logikausgänge "n"
und " n-1 " gesperrt. Durch die Gatter 27 und 29 tritt dann aber
der Meßwert "n" am Ausgang von 29 als Einstellwert " n-2 " auf.
In der dritten Betriebsart soll die Scharfeinstellung auf eine größere Entfernung, d.h. auf eine höhere Zonennummer als die gemessene
erfolgen, wenn die vorhandene Schärfentiefe dies zuläßt. Nach Fig. 3 erfolgt dies in analoger Weise wie bei der zuvor beschriebenen
Betriebsart 2 jedoch wirkt die Logikschaltung im Sinne einer Erhöhung der Zonennummer. Wird hier z.B. auf der Steuerleitung
30 der Logikpegel "1" erzeugt, so wird aus dem Meßwert "n" der Einstellwert " n+1 " und bei Logikpegel "1" auf der Steuerleitung
wird aus dem Meßwert "n" der Einstellwert " n+2".
In der vierten Betriebsart soll die Scharfeinstellung auf die doppelte
Entfernung des gemessenen Wertes d.h. wie in der zuletzt beschriebenen dritten Betriebsart auf eine höhere Zonennummer erfolgen.
Zur Erläuterung kann dafür Fig. 3 sinngemäß angewandt werden. Die Erhöhung der Zonennummer vom Meßwert zum Einstellwert erfolgt
jedoch nicht von "n" auf " n+1" oder " n+2" sondern auf " n+a". Dabei entspricht die Entfernungszone " n+a " jeweils der doppelten
Entfernung wie die Zone "n".
In der fünften Betriebsart soll die Scharfeinstellung auf eine Entfernung
erfolgen, die zwischen zwei gemessenen Entfernungswerten liegt, d.U. die einzustellende Zone ergibt sich als Mittelwert der
gemessenen Zonennummern.
- * - 4ο
Zur Speicherung der beiden Meßwerte werden die Meßwertspeicher 11
und 12 benötigt. Nachdem die beiden Messungen durchgeführt: sind, isf in jedem Speicher eine der N Stellen besetzt. Die Ermittlung
des richtigen Einstellwertes erfolgt durch die logische Verknüpfung der Speicherausgänge untereinander gemäß Fig. 4.
Ergab sich z.B. bei der ersten Messung die Zone " n+2 " und bei der
zweiten Messung die Zone "n" dann ist auf der Ausgangsleitung 34 des
Meßwertspeichers 11 und auf der Ausgangsleitung 41 des Meßwertspeichers 12 der Logikpegel "1" vorhanden. Durch das Und-Gatter 43
IQ und das Oder-Gatter 46 erscheint dann am Ausgang von 46 der Einstellwert
" n+1 ".
Ebenso ergeben z.B. Messungen der Zonen " n+1" und " n+3 " aber auch die Kombination von "n" und " n+4 " den Einstellwert " n+2 ".
Die hier beschriebene direkte logische Verknüpfung der Meßwert-IS signale mit den Steuersignalen zur Realisierung der verschiedenen
Betriebsarten ist nur eine einfache Ausführungsform, die auf
automatische Scharfeinstellvorrichtungen mit relativ kleiner Zonenzanl
N beschränkt ist.
Für Scharfeinstellvorrichtungen mit hoher Zonenzahl ist es selbstverständlich
sinnvoller, die jeweils günstigsten Entfernungs-Einstellwerte
durch Rechenoperationen zu ermitteln, ohne daß dadurch das Prinzip der Erfindung verändert wird.
Claims (4)
1. Automatische Scharfeinstellvorrichtung für fotografische Kameras mit einer Infrarot-Lichtquelle, einem Infrarot-Detektor
und einer vor dem Detektor angeordneten Fokussierungsoptik,
welche die vom Objekt reflektierten IR-Strahlen derart
aur" die Detektor-Oberfläche fokussiert, daß der Detektor
in „Twei Teil-Detektoren unterteilt wird, von denen jeder
eir.cn Teilstrom liefert, deren Verhältnis direkt von der Objoktentfernung abhängig ist,
darren gekennzeichnet, daß dem Detektor (5) elektronische
Bauelemente (6-16) nachgeschaltet sind, welche eine Auswertesch.iltung
(16) umfassen, die über eine Objektiveinstellvorrichtung eine Einstellung des Objektivs gemäß der an
einem der Bauelemente (Wahlschalter 15) getroffenen Vorwahl auf eine von folgenden mehreren Betriebsarten
a) Scharfeinstellung auf das Aufnahmeobjekt,
b) Erstreckung des Schärfentiefebereiches vom Objekt in Richtung Kamera,
c) Erstreckung des Schärfentiefebereiches vom Objekt
nach hinten,
d) Erstreckung des Schärfentiefebereiches vom Objekt bis co ,
e) Erstreckung des Schärfentiefebereiches zwischen zwei nacheinander anvisierten Objekten
bewirkt.
2. Automatische Scharfeinstellvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Bauelemente eir© Recheneinheit (8) zur Bildung des Quotienten aus der
Summe und der Differenz der beiden Teilströme I« und IR enthalten,
daG ein A/D-Wandler mit N Digitalisierungsschritten vorhancten
ist, der diesen Analogwert digitalisiert, daß eine Steuerschaltung (10) vorgesehen ist, welche den
digitalisierten Meßwert in mindestens einem Meßwertspeicher (11) mit N Ausgängen einschreibt,
daß dem Meßwertspeicher die Auswerteschaltung (16) nachgeschaltet
ist. die mittels des Wahlschalters (15) und eines Blendeneinaebers
(14) auf eine der Betriebsarten einstellbar ist, und
daß an den N Ausgängen der Logikschaltung (16) die Objektiveinstellvorrichtung
zur Einstellung des Objektivs auf eine von N Entfernungszonen angeschlossen ist.
3. Automatische Scharfeinstellvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und
2 dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, mit dem ersten Meßwert speicher (11) identischer Meßwertspeicher (12) zur Speicherung
eines zweiten Meßwertes vorhanden ist, und daß dieser zweite Meßwertspeicher ebenfalls der Steuerschaltung (10) nachgeschaltet
ist.
4. Automatische Scharfeinstellvorrichtung nach den Ansprüchen 1-3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der MeG-ivertspeicher
in der Logikschaltung durch die Vorwahl am Wählschalter
(15) und am Blendeneingeber (14) veränderbar sind.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: RICOH CO., LTD., TOKIO/TOKYO, JP |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: G03B 13/36 |
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