DE3709907C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen der Scharfeinstellung eines optischen Abbildungssystems in einer Kamera nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei bisherigen derartigen Vorrichtungen für automatisch scharfstellende Kameras (sogenannte Autofocus-Kameras) wird Infrarotlicht zu einem Aufnahme-Objekt hin ausge­ strahlt, wobei das vom Objekt reflektierte Licht von einem photoelektrischen Wandlerelement empfangen wird, um damit die Kamera auf das Objekt mittels eines Trian­ gulationssystems scharfzustellen. Bei solchen Systemen wird allgemein das Infrarotlicht abgeblendet oder sein Strahl in seinem Durchmesser verkleinert, um den mögli­ chen Scharfstellbereich der Vorrichtung auf einen mög­ lichst weit entfernten Punkt zu erweitern. Der Scharf­ stellbereich bzw. die Entfernungsmeßzone in einem Motiv bzw. einer Aufnahme ist daher so schmal, daß z. B. dann, wenn zwei nebeneinander stehende Personen aufgenommen werden sollen und das Zentrum des Meßpunkts im Sucher auf eine Stelle zwischen den beiden Personen gerichtet wird, eine Scharf(ein)stellung auf den Hintergrund hinter den Personen erfolgt und damit die Scharfeinstellung falsch durchgeführt wird. Zur Lösung dieses Problems sind bereits verschiedene Maßnahmen für die Erweiterung des Scharfstellbereichs in einem Aufnahmemotiv vorge­ schlagen worden.

Beispielsweise beschreibt die US-PS 44 70 681 ein Sy­ stem, bei dem jeweilige Fokussierlinsen für eine Infra­ rotlicht emittierende Diode und für ein Lichtempfangs­ element so miteinander gekoppelt sind, daß sie waag­ recht verschiebbar sind. Dies bedeutet, daß die Licht­ emissions- und die Lichtempfangs-Fokussierlinse während ihrer Scharfstellung auf denselben Punkt beide so ver­ schoben werden, daß sie eine Oberfläche eines Aufnahme- Objekts mit Infrarotlicht abtasten. Die genannte US-PS 44 70 681 beschreibt ferner eine Technik, bei der jede der Fokussierlinsen für die Infrarotlicht emittierenden Dioden (IR-Leuchtdioden) und für die Lichtempfangsele­ mente aus Mehrfachlinsenfeldern bestehen und die Scharf­ einstellung bzw. Entfernungsmessung auf einer Zahl von Punkten erfolgt, welche der Zahl der Linsenfelder ent­ spricht.

Weiterhin beschreibt die JP-OS 1 93 406/1984 eine Vor­ richtung, mit der ein Objekt abtastbar ist, während eine Lichtquelle gedreht wird. Der Lichtquelle ist ein Beugungsgitter vorgeschaltet, das Beugungsstrahlen er­ ster Ordnung an gegenüberliegenden Seiten eines Haupt­ strahls nullter Ordnung erzeugt, so daß die Oberfläche des Objekts mit diesen drei Strahlen abgetastet wird.

Mit den genannten Vorrichtungen, bei denen zum einen zwei Fokussierlinsen waagerecht verschoben werden und zum anderen eine Lichtquelle gedreht wird, kann jeweils eine Mehrpunkt-Scharfeinstellung bzw. Entfernungsmessung durch Abtastung der Oberfläche eines Aufnahme-Objekts durchgeführt werden. Die Verwendung beweglicher Teile wirft jedoch Probleme bezüglich der Haltbarkeit auf und bedingt auch eine Beeinträchtigung der Einstell­ genauigkeit.

Ein schwerwiegendes Problem bei dem Linsenfelder verwen­ denden System besteht darin, daß die Achsen der jeweili­ gen Linsenfelder für Lichtemissions- und Lichtempfangs­ elemente miteinander koinzidieren müssen. Außerdem wird durch diese Linsenfelder der Entfernungsmeßteil sperrig, woraus sich Einschränkungen für die Konstruktion der Kamera ergeben.

Aus der DE-OS 34 01 609 ist eine automatische Fokussie­ rungsvorrichtung für eine Kamera bekannt, die eine Lichtquelle zum Emittieren von Licht zu einem Objekt, einen Positionsdetektor aus mehreren länglichen Licht­ empfangselementen und eine Entfernung-Recheneinheit auf­ weist, wobei die Lichtempfangselemente von der Licht­ quelle um eine "Basislänge" beabstandet sind. Bei die­ ser Fokussierungsvorrichtung hängt der Auflösungsbereich von der Anzahl der angesteuerten Lichtempfangsele­ mente ab. Das heißt, um die Auflösung zu erhöhen, muß die Anzahl der Lichtempfangselemente vergrößert werden, wodurch sich auch die Anzahl von Auswerteschaltungen sowie der Aufwand für Leitungsdrähte entsprechend ver­ größert.

Aus der DE-OS 33 18 331 ist eine Scharfeinstellvorrich­ tung bekannt, bei der zur Erhöhung der Auflösung die Anzahl von Detektorelementen vergrößert werden muß. Im Unterschied zu der oben beschriebenen automatischen Fokussierungsvorrichtung verwendet diese Scharfeinstell­ vorrichtung mehrere Leuchteinheiten, die Licht unter einer vorbestimmten Periode abgeben und deren Leucht­ zeit abwechselt.

Schließlich ist in der DE-OS 32 07 479 eine Scharfein­ stellvorrichtung beschrieben, bei der mittels einer Im­ pulslichtquelle ein Lichtstrahlenbündel mit einem wei­ ten Raumwinkel auf ein photographisches Objekt proji­ ziert wird. Bei dieser Vorrichtung findet in einer Lichtquelle einer Gasentladung statt, wenn sie durch An­ legen einer Impulsspannung an eine Triggerelektrode ge­ zündet wird. Dieses Licht wird von photoelektrischen Einrichtungen empfangen, die jeweils eine relativ scharfe Richtcharakteristik aufweisen, d. h. eine Empfind­ lichkeit in einem schmalen Raumwinkel, und die sowohl in horizontalen Reihen als auch in vertikalen Spalten liegen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß trotz eines einfachen Aufbaues eine genaue Feststellung der Scharfeinstellung über einen weiten Bereich ohne Verwendung von beweglichen Teilen und Linsenfeldern durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale ge­ löst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 4.

Der Positionsdetektor erfaßt nur die Änderungen in der Lichtempfangsposition in Längsrichtung (d. h. "y-Achse") längs der Basislänge, nicht aber die Änderung in der Lichtempfangsposition in Querrichtung (d. h. "x-Achse"), welche die y-Achse orthogonal bzw. senkrecht schneidet. Das Ausgangssignal dieses Positionsdetektors ändert sich daher auch dann nicht, wenn sich die Lichtempfangs­ position in Querrichtung (x-Achse) ändert, solange die Lichtempfangsposition nicht in Längsrichtung (y-Achse) variiert.

Die Lichtquelle besteht aus einer Anzahl von Licht emit­ tierenden Elementen, die aufeinanderfolgend zum Emittie­ ren von Infrarotlicht für die Bestrahlung des Objekts mit Infrarotlicht aktiviert werden. Das von in der glei­ chen Entfernung befindlichen Bereichen eines Objekts reflektierte Licht wird auf den Positionsdetektor an in Querrichtung (x-Achse) ausgerichteten Stellen in einer bestimmten Position in Längsrichtung (y-Achse) fokus­ siert. Selbst wenn dabei eines der zahlreichen Licht emittierenden Elemente für die Bestrahlung des Aufnahme- Objekts aktiviert wird, ändert sich die Größe der Entfernung nicht, so daß eine genaue Scharfeinstellung stattfinden kann, solange dasselbe Objekt bestrahlt wird. Auch wenn ein Objekt klein ist, kann weiterhin eine genaue Scharfeinstellung mittels des linearen Po­ sitionsdetektors vorgenommen werden, solange das Objekt mit dem von einem der Licht emittierenden Elemente ausgestrahlten Infrarotlicht bestrahlt wird. Auf diese Weise ist es möglich, durch Verwendung einer Anzahl von Licht emittierenden Elementen einen weiteren oder breiteren Scharfeinstellbereich zu gewährleisten.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er­ findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer Ausfüh­ rungsform einer Triangulationseinrichtung bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Triangulationseinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3A eine Seitenansicht der Triangulationseinrich­ tung nach Fig. 1,

Fig. 3B eine Vorderansicht eines linearen Halbleiter-Positionsdetektor nach Fig. 1,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Scharfeinstell-Steuerschaltung,

Fig. 5 eine Vorderansicht einer Kamera, auf welche die er­ findungsgemäße Vorrichtung anwendbar ist,

Fig. 6 eine schaubildliche Darstellung des Scharfeinstell- Sucherbilds bei der Scharfeinstellung mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 7 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 eine schaubildliche Darstellung noch einer anderen Ausführungsform der Triangulationseinrichtung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 9 eine Vorderansicht zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Lichtemissionsteil und dem Lichtempfangsteil,

Fig. 10 eine Seitenansicht der Triangulationseinrichtung nach Fig. 8,

Fig. 11 eine Vorderansicht der Beziehung zwischen einem zwei­ dimensionalen Positionsdetektor gemäß Fig. 8 und dem darauf zu fokussierenden reflektierten Licht,

Fig. 12 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung zur Verwendung bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 13 und 14 schaubildliche Darstellungen von Beispielen für die Festlegung der X- und Y-Richtungen.

Die Fig. 1, 2, 3A und 3B veranschaulichen eine nach der Triangulationsmethode arbeitende Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung. Dabei sind eine Licht emittierende Linse bzw. Lichtemissionslinse 11 und eine Lichtempfangslinse 12 unter Festlegung einer Basislänge 1 zwischen sich angeordnet. Eine Lichtquelle 13 ist der Lichtemissionslinse 11 in einem Abstand f ₁ gegenüberstehend angeordnet und mit einer Anzahl von Licht emittierenden Elementen (einer Zahl n), z. B. Infrarotlicht emittierenden Dioden oder IR-Leuchtdioden IR 1, IR 2, . . ., IRn versehen, die längs einer die Richtung der Basislänge 1 orthogonal oder senkrecht schneidenden x-Achse nebeneinander angeordnet sind. Ein linearer Halbleiter- Positionsdetektor (im folgenden einfach als Positionsdetektor bezeichnet) 14 ist der Lichtempfangslinse 12 in einem Abstand f ₂ gegenüberstehend angeordnet. Der Positionsdetektor 14 weist eine Länge auf, die sich auf der y-Achse längs der genannten Basislänge 1 erstreckt. In den Figuren stehen verschiedene optische Achsen für das ausgestrahlte und reflektierte Licht zu bzw. von jeweiligen, bei Positionen N, M und F befindlichen Aufnahme-Objekten. Das von Objekten 15, die in einer beliebigen der Positionen N, M oder F nebeneinander stehen, reflektierte Licht wird durch die Lichtempfangslinse 12 auf den (linearen) Positionsdetektor 14 an entsprechenden Positionen N, M und F geworfen, die längs der x-Achse ausgerichtet sind und in einer entsprechenden Position auf der y-Achse liegen. Wenn dabei das von den mehreren IR- Leuchtdioden IR 1, IR 2, . . ., IRn emittierte Licht von einer festen Stelle, z. B. von in der Position M nebeneinander stehenden Objekten 15 reflektiert wird, wird das reflektierte Licht auf den Positionsdetektor 14 an entsprechenden Stellen fokussiert, die in Querrichtung bzw. auf der x-Achse an einer entsprechenden festen Stelle auf der y-Achse nebeneinander bzw. in einer Reihe aufeinander ausgerichtet sind.

Die Ausgangssignale des Positionsdetektor 14 (Δ I 1, Δ I 2 gemäß den Fig. 3A, 3B und 4) variieren in Abhängigkeit von der Änderung der Lichtempfangspositionen in Längsrichtung bzw. auf der y-Achse, während die Ausgangssignale in Abhängigkeit von einer Änderung der Lichtempfangsposition in Querrichtung bzw. auf der x-Achse nicht variieren.

Fig. 4 veranschaulicht eine Steuerschaltung für die beschriebene Triangulationseinrichtung. Dabei dient ein Mikrorechner 20 für die Ansteuerung der gesamten Steuerschaltung. Ein Beleuchtungskreis 21 spricht auf einen Befehl vom Mikrorechner 20 an, um selektiv eine bestimmte der IR-Leuchtdioden IR 1, IR 2, . . ., IRn zu aktivieren und sie entsprechend dem Befehl Licht emittieren zu lassen. Ein Entfernung-Operationskreis 23 nimmt die Ausgangssignale Δ I 1 und Δ I 2 vom linearen Positionsdetektor 14 ab, um damit mittels einer vorbestimmten Rechenoperation die Entfernung zu einem Aufnahme-Objekt zu berechnen. Das Ergebnis dieser Berechnung wird dem Mikrorechner 20 in Form eines Digitalsignals von m Bits zugeführt.

Eine Lichtemissions-Wähleinheit 24 ist mit Schaltern SW 1, SW 2, . . ., SWn entsprechend den jeweiligen IR-Leuchtdioden IR 1-IRn versehen, wobei beim Schließen eines beliebigen der Schalter SW 1-SWn ein Wählsignal dem Mikrorechner 20 zugeführt wird. In Abhängigkeit von diesem Wählsignal bewirkt der Mikrorechner 20 das Einschalten oder Aktivieren der dem geschlossenen Schalter entsprechenden IR-Leuchtdioden IR 1-IRn. Weiterhin läßt der Mikrorechner 20 eine in der Mitte der Gruppe angeordnete IR-Leuchtdiode Licht emittieren, wenn alle Schalter SW 1-SWn offen sind. Ein Entfernungsoperationsanweisungs-Schalter 25 liefert einen Mindestentfernungswählbefehl und einen Mittelwertoperationsbefehl zum Mikrorechner 20, wenn sich der Schalter 25 im Schließzustand bzw. im Offenzustand befindet. Dies bedeutet, daß der Entfernung-Operationskreis 23 die Entfernung zum Aufnahme-Objekt jedesmal dann berechnet, wenn eine der IR- Leuchtdioden IR 1-IRn Licht emittiert, um damit aufeinanderfolgend Digitalsignale von m Bits zu erzeugen, wobei der Mikrorechner 20 die betreffenden Größen dieser aufeinanderfolgend erzeugten Digitalsignale speichert.

Wenn dem Mikrorechner 20 entsprechend dem Schließzustand des Schalters 25 ein Mindestentfernung-Wählbefehl eingegeben wird, wählt der Mikrorechner 20 eine der gespeicherten Größen, welche die kürzeste Entfernung repräsentiert. Wenn andererseits entsprechend dem Offenzustand des Schalters 25 der Mittelwertoperationsbefehl dem Mikrorechner 20 eingegeben wird, berechnet dieser den Mittelwert der erwähnten Speichergrößen. Die auf diese Weise gewählte, für die kürzeste Entfernung oder den Mittelwert stehende Größe wird in Form eines Digitalsignals von m Bits einem Objektiv- Ansteuerkreis 26 eingespeist. Letzterer steuert auf der Grundlage der Daten des eingespeisten Digitalsignals ein Objektiv in eine Fokus- oder Scharfstellposition an. Ein Start-Anweisungsschalter 28 liefert in seinem Schließzustand eine Anweisung zum Mikrorechner 20, um diesen die verschiedenen, oben erwähnten Funktionen ausführen zu lassen.

Fig. 5 veranschaulicht eine automatisch scharfstellende Kamera bzw. sogen. Autofocus-Kamera, bei welcher die beschriebene Triangulationseinrichtung in ein Kameragehäuse 30 eingebaut ist. Gemäß Fig. 5 sind die Lichtemissionslinse 11 und die Lichtempfangslinse 12 jeweils im unteren bzw. oberen Bereich des Kameragehäuses 30 angeordnet. Die Triangulationseinrichtung, bestehend aus der Lichtquelle 13 und dem linearen Positionsdetektor 14, welche der Lichtemissionslinse 11 bzw. der Lichtempfangslinse 12 gegenüberstehend angeordnet und in Fig. 5 nicht gezeigt sind, befindet sich in einer oberen bzw. unteren Stellung an der Vorderseite des Kameragehäuses 30. Die verschiedenen IR-Leuchtdioden IR 1-IRn, welche die Lichtquelle 13 bilden, sind dabei in waagerechter Richtung senkrecht zur Basislänge der Triangulationseinrichtung nebeneinander in einer Linie ausgerichtet.

Im folgenden ist die Betriebsweise der Vorrichtung beispielhaft für den Fall beschrieben, daß eine Szene mit zwei vergleichsweise eng nebeneinanderstehenden Personen und einem weit entfernten Hintergrund scharf aufgenommen werden soll.

In diesem Fall werden zunächst alle Schalter SW 1-SWn geschlossen. Weiterhin schließt der Schalter 25, um dem Mikrorechner 20 den Mindestentfernungs-Wählbefehl zu liefern. Der Schalter 25 wird geschlossen, da dies für die scharfe Abbildung der beiden in einer kurzen Entfernung stehenden Personen möglich ist. Wenn unter diesen Bedingungen der Startanweisungs-Schalter 28 schließt, läßt der Beleuchtungskreis 21 die Anzahl der IR-Leuchtdioden IR 1-IRn nach Maßgabe des Befehls vom Mikrorechner 20 aufeinanderfolgend Licht emittieren.

Wenn zunächst die IR-Leuchtdiode IR 1 zum Emittieren von Infrarotlicht aktiviert wird, wird das Aufnahme-Objekt über die Lichtemissionslinse 11 (Fig. 1) mit dem Infrarotlicht bestrahlt. Wenn beispielsweise gemäß Fig. 6 die im Sucherbild links stehende Person mit dem Infrarotlicht bestrahlt wird, wird das von ihr reflektierte Licht über die Lichtempfangslinse 12 entsprechend der Entfernung zu dieser Person an einer vorbestimmten Stelle auf den linearen Positionsdetektor 14 fokussiert (vgl. Fig. 1). Entsprechend der Fokussierstellung werden die Ausgangssignale Δ I 1 und Δ I 2 erzeugt. Der Entfernung-Operationskreis 23 berechnet die Entfernung zum Aufnahme-Objekt auf der Grundlage der Ausgangssignale Δ I 1 und Δ I 2 und liefert das Rechenergebnis in Form von Daten mit m Bits zum Mikrorechner 20.

Anschließend wird die zweite IR-Leuchtdiode IR 2 zum Emittieren von Infrarotlicht aktiviert; wenn dabei dieselbe Person (d. h. die Person links im Sucherbild) gemäß Fig. 6 mit dem Infrarotlicht bestrahlt wird, ändert sich die Fokussierstellung des reflektierten Lichts auf der y-Achse am linearen Positionsdetektor 14 nicht im Vergleich zur Position auf der y-Achse des Positionsdetektor 14, die bei der Bestrahlung mit der ersten IR-Leuchtdiode IR 1 erreicht oder bestimmt wird, wobei dem Mikrorechner 20 vom Entfernung-Operationskreis 23 dieselben Daten aus m Bits wie im vorher beschriebenen Fall geliefert werden.

Als nächstes wird die dritte IR-Leuchtdiode IR 3 zum Emittieren von Infrarotlicht aktiviert; wenn dabei das Infrarotlicht gemäß Fig. 6 zwischen den beiden Personen hindurchfällt, liefert der Entfernung-Operationskreis 23 Daten aus m Bits, die eine Unendlicheinstellung angeben.

Die beschriebenen Vorgänge werden wiederholt, bis die n-te IR-Leuchtdiode IRn Infrarotlicht emittiert hat. Sodann sind alle erwähnten Daten von m Bits im Mikrorechner 20 abgespeichert. Nach der Lichtemission durch alle IR-Leuchtdioden wählt der Mikrorechner 20 die kleinste Größe, d. h. die die kürzeste Entfernung angebenden bzw. der Entfernung zu den Personen gemäß Fig. 6 entsprechenden Daten aus allen gespeicherten Daten, und er liefert die gewählten Daten von m Bits zum Objektiv-Ansteuerkreis 26. Das Objektiv 27 wird demzufolge in die Scharfstellstellung für die Personen gemäß Fig. 6 eingestellt. Offensichtlich kann sich dabei ein Fall ergeben, in welchem ein Mittelwert aus allen Daten, abhängig vom Zustand des Aufnahme-Objekts, vorteilhafter ist als der Wert für die kürzeste Entfernung, so daß in diesem Fall der Schalter 25 im Offenzustand verbleibt.

Die EIN/AUS-Betätigung der Lichtemissions-Wähleinheit 24 kann mit der Brennweite des Aufnahme-Objektivs 27 so gekoppelt bzw. so darauf bezogen sein, daß der Scharfeinstellbereich bzw. die Entfernungsmeßzone mit länger werdender Brennweite schmäler wird. Auf diese Weise kann die Scharfeinstellung bzw. Entfernungsmessung auch für größere Entfernungen genau durchgeführt werden.

Weiterhin kann auch unter Weglassung der Lichtemissions- Wähleinheit 24 gemäß Fig. 4 im Mikrorechner 20 ein solches Programm vorgegeben sein, daß die verschiedenen IR-Leuchtdioden zur Durchführung der Scharfeinstellung automatisch angesteuert werden, um aufeinanderfolgend in einer vorbestimmten Reihenfolge Infrarotlicht zu emittieren.

Beispielsweise wird gemäß Fig. 7 eine, im Mittelbereich eines Scharfeinstellbereichs bzw. einer Entfernungsmeßzone angeordnete IR-Leuchtdiode zunächst für die Lichtemission zur Durchführung der Entfernungsmessung aktiviert; wenn dabei die gemessene Entfernung "unendlich" ist, wird der Scharfeinstellbereich bzw. die Entfernungsmeßzone allmählich vergrößert. Zu diesem Zweck werden die IR-Leuchtdioden für die Lichtemission vom Mittelbereich derselben aus in Richtung auf die beiden Enden der Vorrichtung abwechselnd nach rechts und links aktiviert. Wenn die dabei gemessene Entfernung bis zur letzten aktivierten IR-Leuchtdiode bei "unendlich" liegt, wird das Objektiv 27 auf "unendlich" eingestellt. Wenn die mittels des von einer der IR-Leuchtdioden emittierten Lichts gemessene Entfernung nicht bei "unendlich" liegt, wird bestimmt, daß die Entfernung zwischen dem Aufnahme-Objekt und dem Objektiv festgestellt worden ist, so daß das Objektiv auf der Grundlage der Größe der zu diesem Zeitpunkt gemessenen Entfernung angesteuert wird.

Auch bei einer derartigen Vorrichtung wird im Fall eines Aufnahme- Objekts gemäß Fig. 6 in keinem Fall auf den Hintergrund scharfgestellt, vielmehr erfolgt eine einwandfreie Scharfstellung auf die Personen.

Die Fig. 8 bis 10 veranschaulichen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher ein zweidimensionaler Halbleiter- Positionsdetektor verwendet wird. Dabei sind eine Lichtemissionslinse 11 und eine Lichtempfangslinse 12 mit einer zwischen ihnen festgelegten Basislänge L in der Nähe eines Aufnahme-Objektivs 27 angeordnet. Eine Lichtquelle 13 ist der Lichtemissionslinse 11 in einem Abstand f ₁ gegenüberstehend angeordnet.

Bei dieser Ausführungsform ist die Lichtquelle 13 mit einem X-Richtung-Lichtemissions- bzw. -Leuchtelementfeld 13 X und einem Y-Richtung-Lichtemissions- bzw. -Leuchtelementfeld 13 Y versehen. Die Leuchtelementfelder 13 X und 13 Y umfassen jeweils eine Anzahl von Licht emittierenden Elementen, beispielsweise Infrarotlicht emittierenden Dioden oder IR-Leuchtdioden IRx 1-IRxn, die längs der x-Achse nebeneinander angeordnet sind, und IR-Leuchtdioden IRy 1- IRyn, die längs der y-Achse nebeneinander angeordnet sind. Die Felder 13 X und 13 Y sind so angeordnet, daß die Richtungen der einander schneidenden Felder der waagerechten bzw. der lotrechten Richtung eines nicht dargestellten Kameragehäuses entsprechen. Der zweidimensionale Halbleiter-Positionsdetektor 14 (im folgenden einfach als Positionsdetektor bezeichnet) ist der Lichtempfangslinse 12 in einem Abstand f ₂ gegenüberstehend angeordnet. Der Positionsdetektor 14 erfaßt die Lichtempfangspositionen in jeder der einander schneidenden X- und Y-Richtungen. Gemäß Fig. 11 sind an beiden Enden des zweidimensionalen Positionsdetektor 14 längs jeder Richtung jeweils Elektrodenanschlüsse X 1, X 2 und Y 1, Y 2 vorgesehen. Das Zentrum des Positionsdetektors 14 ist gemäß Fig. 9 so angeordnet, daß er eine vorbestimmte Basislänge Ly in Y-Richtung gegenüber dem Leuchtelementfeld 13 X in X-Richtung und eine vorbestimmte Basislänge Lx in X-Richtung in bezug auf das Leuchtelementfeld 13 Y in Y-Richtung aufweist. Infolgedessen werden Länge und Winkel der vorher erwähnten Basislänge L jeweils durch die Größen der Basislängen Lx und Ly bestimmt. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Basislängen Lx und Ly gleich groß gewählt.

In den Fig. 8 bis 10 stehen verschiedene optische Achsen für das ausgestrahlte Licht und das reflektierte Licht zum bzw. vom jeweiligen Aufnahme-Objekt 15, die sich in Positionen N, M und F befinden, wobei das Licht vom X-Richtung- Leuchtelementfeld 13 X abgestrahlt wird. Das von den Objekten in einer der Positionen N, M und F reflektierte Licht wird über die Lichtempfangslinse 12 an den entsprechenden Stellen längs der Y-Richtung auf den zweidimensionalen Positionsdetektor 14 geworfen. Wenn dabei das von der Anzahl der IR-Leuchtdioden IRx 1-IRxn, welche das X-Richtung-Leuchtelementfeld 13 X bilden, emittierte Licht von einer festen Position, beispielsweise von in der Position M nebeneinander stehenden Objekten 15 reflektiert wird, wird das reflektierte Licht am Positionsdetektor 14 auf entsprechende Stellen fokussiert bzw. geworfen, die längs der X-Richtung in einer entsprechenden festen Position in Y-Richtung nebeneinander (in einer Reihe) ausgerichtet sind, wie dies in Fig. 11 durch eine ausgezogene Linie angedeutet ist. Die Ausgangssignale an den Y-Richtung- Elektrodenanschlüssen Y 1 und Y 2 des Positionsdetektor 14 (d. h. Δ Iy 1, Δ Iy 2 gemäß Fig. 10 und 12) variieren in Abhängigkeit von der Änderung der Lichtempfangsposition in Y-Richtung, während die Ausgangssignale in Abhängigkeit von der Änderung der Lichtempfangsposition in der X-Richtung nicht variieren.

Dasselbe gilt für den Fall, daß das von dem Y-Richtung-Leuchtelementfeld 13 X emittierte Licht die Aufnahme-Objekte 15 bestrahlt. Dabei wird das von diesem Leuchtelement 13 Y emittierte und von den Objekten 15 reflektierte Licht am Positionsdetektor 14 auf entsprechende Stellen fokussiert bzw. geworfen, die längs der Y-Richtung in einer entsprechenden festen Stellung in X-Richtung nebeneinander in einer Linie ausgerichtet sind. Die Ausgangssignale an den X-Richtung- Elektrodenanschlüssen X 1, X 2 des zweidimensionalen Positionsdetektors 14 (d. h. Δ Ix 1, Δ Ix 2 gemäß Fig. 12) werden in Abhängigkeit von der Änderung in den Lichtempfangsstellen in X-Richtung erzeugt.

Fig. 12 veranschaulicht eine Steuerschaltung für die beschriebene Triangulationseinrichtung. Dabei umfaßt eine Rechensteuereinheit 20 eine Zentraleinheit (CPU) 20 A, einen Beleuchtungs- bzw Lichtsteuerkreis 20 B, einen Schalterkreis 20 C für Eingangssignale und einen Entfernung- Rechenkreis 20 D. Die Zentraleinheit 20 A steuert die gesamte Schaltungsanordnung. Der Lichtsteuerkreis 20 B aktiviert oder betätigt selektiv das X-Richtung- oder das Y-Richtung-Leuchtelementfeld 13 X bzw 13 Y nach Maßgabe eines Wählcodes von der Zentraleinheit 20 A. Der Lichtsteuerkreis 20 B läßt das Leuchtelementfeld, das durch ein mit dem Entfernung-Rechenkreis 20 D synchrones oder synchronisiertes Zeittaktsignal gewählt wurde, beispielsweise die einzelnen IR-Leuchtdioden IRx 1-IRxn des Felds 13 X, in Abhängigkeit vom Befehl von der Zentraleinheit (CPU) 20 A fortlaufend Licht emittieren.

Der Schalterkreis 20 C wählt die Signale Δ IRx 1, Δ IRx 2 und Δ IRy 1, Δ IRy 2, die an den jeweiligen Elektrodenanschlüssen X 1, X 2 und Y 1, Y 2 des zweidimensionalen Positionsdetektors 14 geliefert werden, in Abhängigkeit von einem Moduswählsignal von der Zentraleinheit 20 A, um die Eingangssignale Δ I 1, Δ I 2 dem Entfernung-Rechenkreis 20 D einzuspeisen. Der Schalterkreis 20 C besteht aus vier Analogschaltern a, b, c und d und einem Inverter e zum Steuern des EIN/AUS-Betriebs dieser Schalter. Dabei sind die Eingangsklemmen der Analogschalter a und b mit den Elektrodenanschlüssen X 1 bzw. Y 1 verbunden, während ihre Ausgangsklemmen gemeinsam an eine Eingangsklemme des Entfernung-Rechenkreises 20 D angeschlossen sind. Die Eingangsklemmen der Analogschalter c und d sind mit den Elektrodenanschlüssen X 2 bzw. Y 2 verbunden, während ihre Ausgangsklemmen gemeinsam an die andere Eingangsklemme des Rechenkreises 20 D angeschlossen sind. Der Inverter e empfängt ein Moduswählsignal eines Pegels H oder L (d. h. hoch oder niedrig) von der Zentraleinheit 20 A und liefert ein invertiertes Signal des betreffenden Wählsignals. Wenn nämlich der Inverter ein Eingangssignal eines hohen Pegels H abnimmt, erzeugt er ein Ausgangssignal eines niedrigen Pegels L, und umgekehrt. Die Gate-Anschlüsse der Analogschalter a und c sind mit der Ausgangsklemme des Inverters e verbunden. Die Gate-Anschlüsse der Analogschalter b und d sind jeweils an die Eingangsklemme des Inverters e angeschlossen. Die Analogschalter a-d werden jeweils durchgeschaltet oder geschlossen, wenn an ihren Gate-Anschlüssen jeweils ein hoher Pegel H anliegt. Wenn somit die Zentraleinheit 20 A ein Moduswählsignal eines hohen Pegels H liefert, werden die Analogschalter b und d geschlossen oder durchgeschaltet, um die Signale Δ Iy 1 und Δ Iy 2 als Signale ΔI1 und Δ I 2 dem Entfernung-Rechenkreis 20 D einzuspeisen. Wenn andererseits die Zentraleinheit 20 A ein Moduswählsignal eines niedrigen Pegels L liefert, schließen die Analogschalter a und c, um die Signale Δ Ix 1 und Δ Ix 2 als Signale Δ I 1 bzw. Δ I 2 dem Entfernung-Rechenkreis 20 D einzuspeisen.

Der Entfernung-Rechenkreis 20 D erfaßt oder bestimmt die Lichtempfangsposition auf dem zweidimensionalen Positionsdetektor 14 auf der Grundlage der beiden Eingangssignalgrößen Δ I 1 und Δ I 2 und berechnet die Entfernung zum Aufnahme-Objekt 15 auf der Grundlage der erfaßten Lichtempfangsposition und einer vorbestimmten Basislänge Lx oder Ly, um das Rechenergebnis der Zentraleinheit 20 A in Form von Daten mit m-Bits zuzuliefern.

Die Zentraleinheit 20 A erzeugt nicht nur den erwähnten Wählcode, das Moduswählsignal, das Zeittaktsignal usw., sondern bewirkt auch die Zwischenspeicherung der ihr fortlaufend vom Entfernung-Rechenkreis 20 D gelieferten Entfernungsgröße, um dabei die Mindestgröße, die häufigste Größe und den Mittelwert der gespeicherten Entfernungsgrößen oder -werte zu berechnen und eine dieser Größen einem Objektiv-Ansteuerkreis 26 zuzuliefern. Letzterer betätigt ein Objektiv 27 nach Maßgabe der Ausgangsgröße von der Zentraleinheit 20 A.

Ein Befehlskreis 24 weist die Zentraleinheit 20 A an, zu starten und das die Scharfeinstellungsweiten bzw. Entfernungsweiten entsprechend dem Sichtwinkel des Objektivs 27 angegebene Signal zu erzeugen, d. h. die Lichtemissionsweite oder -breite der Leuchtelementfelder 13 X und 13 Y, und den jeweils gewünschten Mindestwert, häufigsten Wert oder Mittelwert der gespeicherten Entfernungswerte oder -größen zu liefern.

Bei der beschriebenen Anordnung beginnt die Zentraleinheit (CPU) 20 A in Abhängigkeit vom Startsignal vom Befehlskreis 24 zunächst, eine Entfernung längs der Basislänge Ly in lotrechter Richtung (Y-Richtung) einer Kamera zu messen oder zu bestimmen. Dabei werden das Y-Richtung-Leuchtelementfeld 13 X in Übereinstimmung mit dem Wählcode gewählt und die Analogschalter b und d in Abhängigkeit vom Moduswählcode geschlossen bzw. durchgeschaltet. Unter diesen Bedingungen werden die jeweiligen IR-Leuchtdioden IRx 1-IRxn des X-Richtung-Leuchtelementfelds 13 X aufeinanderfolgend für die Lichtemission angesteuert, um das Sichtfeld in waagerechter Richtung abzutasten. So oft eine der IR-Leuchtdioden IRx 1-IRxn aufeinanderfolgend Licht emittiert, berechnet der Entfernung- Rechenkreis 20 D die Entfernung zum Aufnahme-Objekt, um das Rechenergebnis der Zentraleinheit 20 A zuzuliefern.

Anschließend erfolgt die Entfernungsmessung längs der Basislänge Lx in waagerechter Richtung (X-Richtung) der Kamera. Dabei werden das Y-Richtung-Leuchtelementfeld 13 Y in Übereinstimmung mit dem Wählcode gewählt und die Analogschalter a und c nach Maßgabe des Moduswählsignals geschlossen bzw. durchgeschaltet. Unter diesen Bedingungen werden die einzelnen IR-Leuchtdioden IRy 1-IRyn des Y-Richtung-Leuchtelementfelds 13 Y aufeinanderfolgend zum Emittieren von Licht angesteuert, wobei der Entfernung-Rechenkreis 20 D bei der Lichtemission durch jede Leuchtdiode die Entfernung zum Aufnahme-Objekt berechnet. Die so ermittelten Entfernungswerte werden jeweils einzeln nacheinander der Zentraleinheit 20 A eingegeben.

Nach der beschriebenen Entfernungsmessung in Y- und X- Richtung berechnet die Zentraleinheit 20 A den Mindestwert, den häufigsten Wert, den Mittelwert usw.
auf der Grundlage jedes in der beschriebenen Entfernungsmessungsmeßoperation ermittelten Entfernungswerts. Der Objektiv-Ansteuerkreis 26 nimmt den jeweils gewünschten Mindestwert, häufigsten Wert bzw. Mittelwert nach Maßgabe eines Befehls vom Befehlskreis 24 ab, um das Objektiv 27 entsprechend dem so ermittelten Entfernungswert anzusteuern bzw. einzustellen.

Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die Basislängen Lx, Ly jeweils gleich groß gewählt. Sie können jedoch auch verschieden groß gewählt sein, weil die Lichtempfangsposition oder -stelle am zweidimensionalen Positionsdetektor 14 der Basislänge proportional ist. Weiterhin entsprechen bei der beschriebenen Ausführungsform die X- und Y-Richtung der waagerechten bzw. lotrechten Richtung einer Kamera, so daß ein Aufnahmemotiv gemäß Fig. 13 kreuzförmig abgetastet wird. Gemäß Fig. 14 können X- und Y-Richtung auch unter einem Winkel von 45° zur Waagerechten bzw. Lotrechten einer Kamera geneigt sein, so daß ein Aufnahmemotiv Y-förmig abgetastet wird.

Mit der beschriebenen Vorrichtung gemäß der Erfindung kann somit eine Mehrpunkt-Entfernungsmessung bzw. Scharfeinstellung ohne die Verwendung von beweglichen Elementen oder Mehrfachlinsen vorgenommen werden, so daß keinerlei Entfernungsmeßfehler auftreten und die Vorrichtung eine ausgezeichnete Haltbarkeit besitzt. Für den Aufbau der Vorrichtung können weiterhin die bisherigen optischen Positionsdetektor-Entfernungsmeßsysteme sowie die entsprechende Ausgangs-Operationsschaltung unverändert übernommen werden, so daß eine hohe Betriebszuverlässigkeit ohne wesentliche Kostenerhöhung erzielt wird.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Feststellen der Scharfeinstellung eines optischen Abbildungssystems in einer Kamera, mit:

• - eine Lichtquelle (13) zum Emittieren von Licht zu einem Aufnahme-Objekt (15) und
• - einer Entfernungs-Recheneinheit (20),

dadurch gekennzeichnet,

• - ein linearer Positionsdetektor (14) das vom Ob­ jekt (15) reflektierte Licht empfängt, um Aus­ gangssignale zur Bestimmung der Entfernung zum Objekt (15) zu erzeugen, wobei die Ausgangs­ signale entsprechend einer Änderung in der Lage des Lichtempfangs auf dem Positionsdetektor (14) längs der Richtung einer gegebenen Basislänge variieren, der lineare Positionsdetektor (14) um die Basislänge von der Lichtquelle (13) beabstandet ist und die Lichtquelle (13) sowie der Positionsdetektor (14) in einem Kameragehäuse (30) im oberen bzw. unteren Bereich von dessen Stirnseite angeordnet sind,
• - die Lichtquelle (13) eine Anzahl von Licht emittierenden Elementen (IR 1, IR 2, . . ., IRn) aufweist, die nebeneinander in einer Reihe längs einer waagerechten, eine gegebene Basislänge (1) orthogonal schneidenden Richtung ausgerichtet sind, wobei die jeweiligen Licht emittierenden Elemente (IR 1, IR 2, . . ., IRn) selektiv aktivier­ bar sind, so daß sie aufeinanderfolgend Licht zu emittieren vermögen, und
• - die Entfernungs-Recheneinheit (20), die Ausgangs­ signale vom linearen Positionsdetektor (14) emp­ fängt und die Entfernung zum Objekt (15) berech­ net, so oft die jeweiligen Licht emittierenden Elemente (IR 1, IR 2, . . ., IRn) Licht emittieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Speichereinheit (20 A) zum Speichern der von der Entfernungs-Recheneinheit (20) gelieferten Ent­ fernungswerte sowie eine Befehlseinheit (24) zur Lieferung eines Befehlssignals zur Speichereinheit (20 A), wobei letztere eine bevorzugte Größe aus den gespeicherten Entfernungswerten nach Maßgabe des Befehlssignals als Objektiv-Ansteuersignal liefert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Lichtsteuereinheit (20 B) zum Steuern der Zahl der Licht emittierenden Elemente (IR 1, IR 2, . . ., IRn) für das Emittieren von Licht entsprechend einer Brennweite eines Aufnahme-Objektivs.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Lichtemissions-Betätigungseinheit (20 C) zum Aktivieren der jeweiligen Licht emittierenden Elemente (IR 1, IR 2, . . ., IRn) in der Reihenfolge vom Mittelbereich derselben zu ihren beiden Enden an rechter und linker Seite, wobei dann, wenn die mittels des von einem der Licht emittierenden Ele­ mente emittierten Lichts bestimmte Entfernungs­ größe "unendlich" ist, die Lichtemissions-Betäti­ gungseinheit (20 C) das nächste Licht emittierende Element aktiviert.