CH651387A5 - Entfernungsmessvorrichtung, insbesondere fuer photographische kameras. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Entfernungsmessvorrichtung, insbesondere für photographische Kameras, mit einem Sender zum Abstrahlen eines Impulses zum Messgegenstand, einem Empfänger zur Aufnahme des von diesem Gegenstand rückgestrahlten Echos und einer aus der zwischen Abstrahlen des Impulses und Aufnahme des Echos verstreichenden Laufzeit ein die Entfernung darstellendes Signal ableitenden Schaltung.

In Apparaten, in welchen Ultraschall-Entfernungsmesser Anwendung finden, wie beispielsweise in photographischen Kameras nach der US-Patentanmeldung Ser.No. 3 371 vom 15. Jänner 1979 (nachfolgend US-PA 3 371/79 genannt), wird ein Rückstrahl- oder Echoimpuls, der von einem zwecks Ermittlung der Entfernung eines Zielgegenstandes von der Kamera ausgesandten Ultraschallimpuls ausgelöst worden ist, im Entfernungsmesser der Kamera verwertet, um auf Grund der entfernungsabhängigen Laufzeit dieses Impulses eine automatische Scharfeinstellung des Kameraobjektivs auf den Zielgegenstand zu bewirken. Solche Entfernungsmesser sind der Einwirkung von Störsignalen und/oder Rauschsignalen ausgesetzt, die vom Entfernungsmesser erzeugt oder aufgenommen werden. Wenn ein Störsignal nach der Aussendung eines Messimpulses, aber vor dem Eintreffen eines Echoimpulses empfangen wird, kann er eine Fehleinstellung des Ka-, meraobjektivs zur Folge haben.

Um die Empfindlichkeit solcher Entfernungsmesser auf Störsignale und/oder elektronische Rauschen herabzusetzen, werden nach der vorstehend zitierten US-PA 3 371/79 alle

über einem vorgegebenen Schwellenwert liegenden Empfangssignale mittels einer Kapazität integriert. Ein zur weiteren Verwertung bestimmtes Gegenstandsechosignal wird dabei im Entferungsmesser jeweils erst dann erzeugt, wenn die Spannung an der integrierenden Kapazität einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.

Die Dauer und Gestalt eines von einem Zielgegenstand kommenden Echosignales hängt nun aber von verschiedenen Variablen ab, wie etwa von der Gegenstandsentfernung, der Gestalt des Zielgegenstandes, der Wegdifferenz zwischen verschiedenen Teilen des rückgestrahlten Signales usw., weshalb die beschriebene Verwendung eines Integrators zur Verminderung der Empfindlichkeit des Entfernungsmessers für Störsignale zu Entfernungsmessfehlern führen kann.

Störsignale können von verschiedenen Quellen herrühren. Bei Entfernungsmessern der vorstehend geschilderten Gattung wird beispielsweise die Ultraschallenergie von einem elektrostatischen Wandler sowohl ausgesendet als auch empfangen. Ein solcher Wandler weist eine schwingfähige Membrane auf, die einerseits im Sendebetrieb von relativ starken hochfrequenten elektrischen Signalimpulsen in Schwingungen versetzt wird und diese in Ultraschallimpulse umwandelt, anderseits aber im Empfangsbetrieb von relativ schwachen Echoimpulsen früher ausgesandter Ultraschallimpulse in Schwingungen versetzt wird und diese in elektrische Echosignale umwandelt. Wandler dieser Gattung haben für Sende-und Empfangsbetrieb gemeinsame Ein- bzw. Ausgangsklemmen, und deshalb muss die zur Aufnahme der Echosignale dienende Empfangsschaltung bezüglich der während des Sendebetriebes an den Wandlerklemmen wirksamen starken Sendesignale ausgeblendet, d.h. durch eingangsseitige Sperrung unwirksam gemacht werden. Diese Ausblendung der Empfangsschaltung wird jeweils kurzzeitig nach der Beendigung eines Sendeimpulses wieder aufgehoben. Bei einigen Wandlern gerät die Membrane nach vollständigem Abklingen ihrer von den Sendeimpulsen verursachten Schwingungen und nach der Freigabe der Empfangsschaltung für die Signalaufnahme seitens der Wandlerklemmen neuerlich in Schwingungen, die ähnlich Schwebungen verlaufen. Diese Membran-schwebung bilden Störsignale, die Echosignale vertauschen und so zu einer Fehleinstellung des Kameraobjektivs führen können.

Der in der US-PA 3 371/79 beschriebene Entfernungsmesser für eine Kamera mit automatischer Scharfeinstellung enthält einen Empfänger mit veränderlicher Verstärkung, dessen Verstärkungsgrad in einer Reihe von Stufen in Abhängigkeit von der Laufzeit der Messimpulse verändert wird. Durch eine Erhöhung der Verstärkung mit zunehmender Laufzeit kann der Unterschied zwischen den Signalstärken der von nahen und fernen Zielgegenständen kommenden Echosignale kompensiert werden. Wenn der Verstärkungsgrad stufenweise geändert wird, tritt in den Änderungszeitpunkten kurzzeitig ein elektronisches Rauschen auf, das ebenfalls zu einer eine Fehleinstellung des Kameraobjektives verursachenden Empfangsstörung führen kann.

Die Amplituden aller vorstehend angeführten Stör- und Rauschsignale sind zeitabhängig, und die Signale sind nur von relativ kurzer Dauer. Beispielsweise haben die von Mem-branschwebungen herrührenden Störsignale und die durch eine stufenweise Änderung des Verstärkungsgrades des Empfängers verursachten StÖrsignale eine Dauer in der Grössen-ordnung von 200 |is.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Entfernungsmessvorrichtung anzugeben, welche die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird bei den Entfernungsmessvorrichtungen der eingangs genannten Art erfmdungsgemäss so gelöst,

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wie dies im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definiert ist.

Beispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild mit jenen Teilen eines älteren und nach dem Rückstrahlprinzip arbeitenden Entfernungsmessers, die zur Unterdrückung von Stör- und/oder Rauschsignalen dienen;

Fig. 2A einen typischen Signal verlauf an den für Sende-und Empfangsbetrieb gemeinsamen Ein- bzw. Ausgangsklemmen des elektrostatischen Wandlers im Entfernungsmesser nach Fig. 1;

Fig. 2B den zeitlichen Verlauf der Spannung am Integrator der Störsignal-Unterdrückungseinrichtung nach Fig. 1 ;

Fig. 2C den zeitlichen Verlauf des wahren Gegenstandsechosignals im Ausgang der Einrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 ein in grösserem Massstab gehaltenes Diagramm der Spannung am Integrator und des diese Spannung beeinflussenden Signals, ähnlich den Darstellungen in den Fig. 2A und 2B; die

Fig. 4A und 4B den Verlauf eines Gegenstandsechosigna-les, das von einem relativ fernen bzw. von einem relativ nahen Gegenstand kommt, nach Verstärkung;

Fig. 5 ein in grösserem Massstab gehaltenes Diagramm zweier Echosignale wesentlich verschiedener Signalstärke;

Fig. 6 ein Blockschaltbild des Entfernungsmessers mit einer vorteilhaften Ausführung der Einrichtung zur Unterdrük-kung von Störsignalen.

Fig. 7 ein logisches Flussdiagramm, welches die Erkennung von wahren Echosignalen mit der Schaltung nach Fig. 6 erläutert, und

Fig. 8 ein Diagramm des Signalverlaufes im Bereich eines wahren Echosignals sowie des zugehörigen Spannungsverlaufes am Integrator.

Die bevorzugte Ausführungsform des vorliegenden Entfernungsmessers wird unter Bezugnahme auf den Ultra-schall-Entfernungsmesser nach der schon erwähnten US-PA 3 371/79 beschrieben werden, und zur Erleichterung dieser Beschreibung ist in Fig. 1 die bei diesem Entfernungsmesser vorgesehene Einrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen im Blockschaltbild dargestellt.

In Fig. 1 ist ein Taktgeber 12 erkennbar, der eine Zeitbasis für das gesamte Messsystem festlegt und über einen handbedienten Schalter 16 mit einer nur durch einen Pol 14 angedeuteten Speisebatterie verbunden werden kann. Bei Schliessen des Schalters 16 wird im Taktgeber 12 ein Hochfrequenzgenerator erregt, dessen Ausgangssignal durch Frequenzteilung erniedrigt wird und sodann als Zeitbasis oder Taktsignal für alle in einer vorgegebenen zeitlichen Beziehung zueinander ablaufenden Funktionen des Entfernungsmessers dient.

Durch Schliessen des Schalters 16 werden über eine Leitung 11 auch andere Bestandteile des Messsystems mit dem Batteriepol 14 verbunden. Wenn der Taktgeber 12 durch Schliessen des Schalters 16 eingeschaltet wird, wirkt sein Ausgangssignal auf eine Sende- und Ausblendstufe 18, die ihrerseits über eine Leitung 22 ein Signal an die Klemmen eines elektrostatischen Wandlers 20 legt, wodurch dieser einen Ultraschallimpuls gegen einen messtechnisch zu erfassenden Zielgegenstand richtet.

Der Empfangsteil des Entfernungsmessers ist mit dem Wandler 20 über die Sende- und Ausblendstufe 18, einen nicht dargestellten Vollweggleichrichter und eine Leitung 24 verbunden. Da die Eingangsklemmen des Wandlers 20 für den Sendebetrieb identisch mit dessen Ausgangsklemmen für den Empfangsbetrieb sind, ist es wichtig, dass die Sendesignale an einem Eintritt in die Leitung 24 gehindert werden, damit Empfangsstörungen vermieden und im Empfänger nicht Sende- und Echosignale verwechselt werden können.

Das wird durch eine zeitweilige Ausblendung bzw. Sperrung der Leitung 24 jeweils bei der Übertragung eines Sendeimpulses zu den Klemmen des Wandlers 20 in der Sende- und Ausblendstufe 18 erreicht, wobei diese Ausblendung während der 5 gesamten Übertragungszeit des Sendeimpulses und wegen der nachfolgenden Ausschwingvorgänge noch etwas darüber hinaus erfolgt.

Wenn die Leitung 24 nicht gesperrt ist, nimmt sie über die io Sende-und Ausblendstufe 18 und den schon erwähnten, nicht dargestellten Vollweggleichrichter jeweils dann, wenn der Wandler 20 ein Echo von einem früher ausgesendeten Ultraschallimpuls empfängt, ein elektrisches Signal auf. Wenn das von der Leitung 24 aufgenommene Empfangssignal einen 15 vorgegebenen, von einem Schwellenwertdetektor 26 festgelegten Betrag erreicht oder übersteigt, wird von diesem Detektor ein Gatter 28 geöffnet, wodurch eine als Integrator dienende Kapazität 30 an eine Konstantstromquelle 32 angeschaltet wird. Sobald die Spannung an der integrierenden Kapazität 20 30 einen vorgegebenen, von einem Schwellenwertdetektor 34 festgelegten Betrag erreicht oder übersteigt, wird eine Schaltstufe 36, die z.B. als Schmitt-Trigger ausgebildet sein kann, leitend und liefert an ihrem Ausgang ein Gegenstandsechosignal 38.

25 Das Gegenstandsechosignal 38 wird anschliessend mit weiteren Signalen des Entfernungsmessers kombiniert, um die gesuchte Gegenstandsentfernung zu ermitteln, doch ist dieser Vorgang nicht mehr wesentlich für die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Einrichtung zur Unterdrückung von 30 Störsignalen. Einzelheiten der die Gegenstandsentfernung ermittelnden Teile des Entfernungsmessers sind in der schon erwähnten US-PA 3 371/79 beschrieben.

Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der älteren, in Fig. 1 dargestellten Einrichtung zur Unterdrückung von Stör-35 Signalen soll nun noch auf den typischen, in Fig. 2A dargestellten Sende- und Empfangssignalverlauf im Entfernungsmesser sowie auf den entsprechenden, in Fig. 2B dargestellten Verlauf der Spannung am Integrator dieser Einrichtung eingegangen werden, von der schliesslich das abgestufte Gegen-40 standsechosignal 38 gemäss Fig. 2C abgeleitet wird.

Fig. 2A ist ein Oszillogramm einer Folge von Sende- und Empfangssignalen, die an den Klemmen des elektrostatischen Wandlers 20 in Fig. 1 aufgetreten und verstärkt worden sind.

Das Mehrfrequenz-Sendesignal 40, das mehrere Frequen-4S zen im Bereich von 50 bis 60 kHz enthält, wird beispielsweise während 1,1 ms an die Klemmen des Wandlers 20 angelegt. Die dadurch bewirkten Schwingungen der Membrane des Wandlers 20 klingen nach weiteren etwa 0,3 ms vollständig ab. Die schon erläuterten «Schwebungserscheinungen» im 50 Wandler treten etwa an den mit 42 und 44 bezeichneten Stellen nach dem vollständigen Abklingen der Nutzschwingungen des Wandlers 20 auf. Die erste Schwebung bei 42 liegt unter der vom Schwellenwertdetektor 26 festgelegten Schwelle 46, und deshalb bleibt die Spannung an der integrierenden 55 Kapazität 30 auf ihrem ursprünglichen Wert Null. Selbst wenn aber die Schwebung 42 die Schwelle 46 übersteigen sollte, würde nur ein sehr geringer Anteil davon eine Ladung der integrierenden Kapazität 30 über die Konstantstromquelle 32 bewirken, weil der Eingang des Empfängers des 60 Entfernungsmessers für eine Gesamtzeit von 1,6 ms ausgeblendet wird. Diese Ausblendung macht den Empfänger für alle Signale, die während der Ausblendzeit an den Klemmen des Wandlers 20 erscheinen, unempfindlich. Die zweite Schwebung tritt bei 44 auf und übersteigt die Schwelle 46 des 65 Detektors 26, so dass die integrierende Kapazität 30 von der Konstantstromquelle 32 während der Zeit, in welcher die Schwebung 44 die Schwelle 46 übersteigt, aufgeladen wird. Während dieser Zeit wächst die Spannung an der integrieren-

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den Kapazität 30 an, erreicht aber ihren Maximalwert 48 Wenn das Signal 68 einen Schwellenwert 72 erreicht oder noch unter dem für die weitere Signalverarbeitung vorgesehe- übersteigt, der beispielsweise durch den Detektor 26 in Fig. 1 nen Schwellenwert 50, der vom Schwellenwertdetektor 34 festgelegt wird, wird die integrierende Kapazität 30 während festgelegt wird; sie sinkt deshalb anschliessend wieder linear einer Zeitspanne 74 gleichmässig aufgeladen. Das Signal 70, auf den Wert Null ab, ohne ein Gegenstandsechosignal 38 s dessen Betrag wesentlich grösser als der des Signals 68 ist, beauszulösen. Weitere Störsignale, die durch Echos von achsfer- wirkt hingegen eine Aufladung der integrierenden Kapazität nen, von Nebenschleifen des Richtdiagramms des Wandlers 30 während einer längeren Zeitspanne 76. Diese Differenz der 20 erfassten Gegenständen hervorgerufen werden, welche Aufladezeiten führt zu einer Differenz der resultierenden Ladern Wandler 20 näher liegen als der Zielgegenstand, erschei- despannungen, welche in weiterer Folge die gemessene Genen bei 52, übersteigen aber die Schwelle 46 nicht. Das ge- io genstandsentfernung von der Stärke der Empfangssignale abwünschte, einem Echo vom Zielgegenstand entsprechende hängig macht.

Empfangssignal 54 übersteigt schliesslich die vom Detektor Nach dieser Einleitung kann auf die in Fig. 6 im Block-26 festgelegte Schwelle 46 während einer erheblichen Zeit, in- Schaltbild gezeigte Einrichtung zur Unterdrückung von Stör-nerhalb welcher die linear anwachsende Spannung an der in- Signalen und elektronischem Rauschen bei einem Ultraschall-tegrierenden Kapazität 30 bei 56 die Schwelle 50 übersteigen is Entfernungsmesser eingegangen werden. Gemäss Fig. 6 ist ein kann, so dass der Detektor 34 die Schaltstufe 36 in den leiten- Taktgeber 78 über einen handbedienten Schalter 82 an eine den Zustand versetzt und im Ausgang derselben ein Gegen- nur durch einen Pol 80 angedeutete Speisebatterie anschalt-standsechosignal 38 erscheint. bar. Nach Schliessen des Schalters 82 wird im Taktgenerator Die integrierende Kapazität 30 wirkt, wie schon erläutert, 78 ein Hochfrequenzoszillator erregt, dessen Ausgangssignal stets integrierend, wenn ein verstärktes tatsächliches oder 20 in der Frequenz geteilt wird und sodann als Zeitbasis oder Bescheinbares Echosignal die Schwelle 46 übersteigt. Wenn an- zugstakt für alle in zeitlicher Beziehung zueinander stehenden derseits der Betrag des scheinbaren oder tatsächlichen Echosi- Funktionen im Entfernungsmesser dient. Durch das Schlies-gnales unter die Schwelle 46 absinkt, nimmt die Spannung an sen des Schalters 82 wird über eine Leitung 81 auch an andere der integrierenden Kapazität linear auf den Wert Null ab. Der Bestandteile des Entfernungsmessers Betriebsspannung ange-Spannungsverlauf an der integrierenden Kapazität 30 und ein 2s legt. Nach Einschaltung des Taktgebers 78 gelangt von die-zeitlich gedehnter Teil eines Empfangssignales, welches diesen sem ein Ausgangssignal an eine Sende- und Ausblendstufe 84, Spannungsverlauf verursacht, sind in Fig. 3 dargestellt. Wäh- welche sodann über eine Leitung 88 ein Sendesignal an die für rend der Zeitintervalle 58 und 60 erreicht oder übersteigt das Sende- und Empfangsbetrieb gemeinsamen Klemmen eines verstärkte Empfangssignal einen Schwellenwert 62 und löst elektrostatischen Wandlers 88 anlegt und diesen zur Aussen-dadurch einen linearen Spannungsanstieg an der integrieren- 30 dung eines Ultraschallimpulses gegen einen Zielgegenstand den Kapazität 30 durch Aufladung derselben seitens der Kon- veranlasst, dessen Entfernung gemessen werden soll. Der stantstromquelle 32 aus. Zu allen anderen Zeitpunkten Empfangsteil des Entfernungsmessers ist mit dem Wandler 86 nimmt die Spannung an der integrierenden Kapazität entwe- über die Sende- und Ausblendstufe 84, einem nicht dargestell-der ab oder sie verbleibt beim Wert Null. Wegen der relativ ten Vollweggleichrichter und eine Leitung 90 verbunden. Wie langen Abklingzeit der Spannung an der integrierenden Ka- 35 schon im Zusammenhang mit der in Fig. 1 gezeigten älteren pazität 30 (Fig. 1) nach dem Absinken eines Störsignals unter Einrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen ausgeführt den Schwellenwert 62, soll dieser Schwellenwert relativ hoch worden ist, ist es wesentlich, dass die an den Klemmen des liegen, um die Gefahr einer überlagerten Aufladung der inte- Wandlers 86 erscheinenden Sendesignale an einem Eintritt in grierenden Kapazität durch ein nachfolgendes Störsignal, die die Leitung 90 gehindert werden, um eine Störung des Emp-ein falsches Nutzechosignal auslösen könnte, möglichst klein 40 fangsteiles des Entfernungsmessers zu vermeiden.

zu halten. Diesem Zweck dient eine Ausblendschaltung in der Sen-

Typische verstärkte Empfangssignale, die Echos von ei- de- und Ausblendstufe 84, die in gleicher Weise arbeitet wie nem Zielgegenstand darstellen, haben einen Verlauf gemäss die Ausblendschaltung in der Stufe 18 von Fig. 1.

Fig. 4A oder 4B. Das in Fig. 4A gezeigte Empfangssignal 64 Wenn die Leitung 90 von der Stufe 84 freigegeben ist und beginnt mit einem relativ hohen Mittelwert und verbleibt bei « vom Wandler 86 beim Empfang eines Echos eines früher ab- . diesem, wogegen das Empfangssignal 66 nach Fig. 4B mit ei- gestrahlten Ultraschall-Sendeimpulses ein elektrischer Signal-nem relativ niedrigen Mittelwert beginnt und sodann auf ei- impuls geliefert wird, wird dieser über die Stufe 84 nach nen relativ hohen Mittelwert übergeht. Das Signal 64 ist ty- Gleichschaltung über die Leitung 90 einer integrierenden Kapisch für ein Echo von einem relativ nahen Zielgegenstand, pazität in einer Abtast- und Auswertestufe 94 zugeführt, in das Signal 66 ist hingegen typisch für ein Echo von einem re- 50 welcher dieses Signal innerhalb von Zeitintervallen, die im lativ fernen Zielgegenstand. Der Unterschied zwischen den Vergleich mit der Gesamtdauer des Empfangssignals relativ Beträgen dieser beiden Echo- oder Empfangssignale kann zur klein sind (z.B. alle 25 |is während eines Empfangssignales Folge haben, dass der Integrator 30 je nach dem Signalverlauf mit einer Dauer von 1,1 ms)stichprobenweise abgetastet wird, den Integrationsvorgang früher oder später beginnt, wodurch Die Kapazität in der Abtast- und Auswertestufe 94 integriert veränderliche, d.h.entfernungsabhängige Entfernungsmess- 55 oder summiert die abgetasteten Signalspannungswerte. Von fehler in das Messsystem eingeführt werden. Diese Fehler sind diesem wird ein Dauersignal abgeleitet, wenn der Betrag der für niedrige Signalpegel in der Nähe der vom Detektor 26 Summe der abgetasteten Spannungswerte zwischen aufeinan-festgelegten Schwelle 46 von grösserer Bedeutung als für we- derfolgenden Abtastungen wächst und wenn die Zuwachsrate sentlich höhere Signalpegel. Die Ursache dieser Fehler lässt für die Gesamtdauer eines erheblichen Teiles des Empfangssisich anhand von Fig. 5 erläutern, in welcher die beiden zeit- 60 gnales gleich oder grösser als ein vorgegebener Minimalwert lieh gedehnten Empfangssignale über der gleichen Zeitlinie ist. Wenn der Betrag der Summenspannung an der integrie-dargestellt sind. renden Kapazität in der Stufe 94 stets zunimmt, was durch

In Fig. 5 ist von zwei verschieden starken Empfangssigna- eine A V-Betrag-Ermittlungsstufe96festgestelltwird,und wenn len 68 und 70 gleicher Frequenz nur je eine einzelne Periode die Zuwachsrate der Summenspannung gleich oder grösser dargestellt, um zu erläutern, warum in einem Entfernungs- 65 ajs ejn vorgegebener Minimalwert ist, was durch eine A V-Zu-

messer mit einer der Unterdrückung von Störsignalen dienen- wachsrate-Ermittlungsstufe 98 festgestellt wird, so wird ein den Einrichtung nach Fig. 1 Echosignale mit wesentlich ver- UND-Gatter 100 leitend und beaufschlagt einen der beiden schiedener Signalstärke zu Entfernungsmessfehlern führen. Eingänge eines weiteren UND-Gatters 102. Sobald die Sen-

de- und Ausblendstufe 84 die Leitung 90 in schon beschriebener Weise freigibt, wird über die Leitung 104 ein Intervallzeitgeber 106, der für den hier beschriebenen Entfernungsmesser beispielsweise ein Zeitintervall von 0,6 ms festlegt, gestartet. Wenn das UND-Gatter 100 während der Dauer von 0,6 ms leitend bleibt, wird durch ein im Ausgang des Intervallzeitgebers 106 0,6 ms nach dessen Start auftretendes Signal, das auf den zweiten Eingang des UND-Gatters 102 wirkt, dieses Gatter in den leitenden Zustand versetzt. Wenn das UND-Gatter 102 leitend ist, bewirkt es das Schliessen einer nachfolgenden Schaltstufe 108, die sodann in ihrem Ausgang ein wahres Gegenstandsechosignal 110 liefert. Wenn anderseits die abgetasteten Spannungsbeträge zwischen aufeinanderfolgenden Abtastvorgängen nicht zunehmen, was von der Stufe 96 festgestellt wird, oder wenn die Zuwachsrate der abgetasteten Spannungswerte kleiner als ein vorgegebener Minimalwert ist, was von der Stufe 98 festgestellt wird, wird ein von den Stufen 96 und 98 beaufschlagtes NAND-Gatter 112 leitend und liefert über eine Leitung 114 ein Rückstellsignal an die Abtast- und Auswertestufe 94 und an den Intervallzeitgeber 106. Dieses Rückstellsignal bewirkt sowohl eine Reduzierung der Spannung an der integrierenden Kapazität in der Abtast- und Auswertestufe 94 auf den Wert Null als auch eine Rückstellung des Zeitgebers 106 auf den Zeitpunkt Null, worauf das nächste Startsignal für den Intervallzeitgeber abgewartet werden muss.

Nun folgt eine ausführlichere Beschreibung der Einrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen und elektronischem Rauschen unter Bezugnahme auf das logische Flussdiagramm nach Fig. 7, das Blockschaltbild nach Fig. 6 und die Darstellung des Signalverlaufes und des entsprechenden Spannungsverlaufes an der integrierenden Kapazität in Fig.

8.

Auf der oberen Zeitlinie in Fig. 8 ist im Signalverlauf insbesondere ein vom Zielgegenstand kommendes Echosignal 54 mit 1,1 ms Dauer erkennbar. Über der unteren Zeitlinie ist in Fig. 8, abhängig von der Stärke der Empfangssignale die jeweilige Spannung an der integrierenden Kapazität der Abtast- und Auswertestufe 94 dargestellt.

Das in Fig. 7 gezeigte Flussdiagramm der Einrichtung zur Störsignalunterdrückung beginnt mit der Rückstellung des Intervallzeitgebers 106 (Fig. 6) auf den Zeitpunkt Null (ST = 0), entsprechend dem Schritt 118 im Flussdiagramm, und der Rückstellung einer Speicherstelle, etwa in einem Digitalrechner, welche Informationen über den Betrag der Summenspannung Vp an der integrierenden Kapazität der Abtast- und Auswertestufe 94 während des vorhergehenden Abtastvorganges gespeichert hat, auf den Spannungswert Null (Vp = 0), entsprechend dem Schritt 120. Die gespeicherte Summenspannung Vp (die beim Schritt 120 den Wert Null angenommen hat) wird laufend von der Spannung Vc an der integrierenden Kapazität abgezogen (A V = Vc- Vp), entsprechend dem Schritt 134. Die Speicherstelle für Vp wird gemäss Schritt 136 auf den neuen Wert eingestellt, der, wie schon erwähnt, gleich dem Betrag der Summenspannung Vc an der integrierenden Kapazität der Abtast- und Auswertestufe 94 ist (Vp = Vc). A V wird nun gemäss Schritt 138 mit einem vorgegebenen kleinen Wert TOL (nahe dem Wert Null) verglichen. Wenn A V den Minimalwert TOL nicht übersteigt (Alternative 140), so bedeutet dies, dass Vc gegenüber dem vorhergehenden Abtastvorgang nicht hinreichend rasch gewachsen ist und das Empfangssignal deshalb bis in die Nähe des Grundrauschens oder in dieses abgesunken ist. Wahre Echosignale können zwar Schwebungserscheinungen zeigen, klingen aber während einer 0,6 ms betragenden Laufdauer des Echos nie bis in den Grundrauschpegel ab. Wenn A V kleiner als TOL ist, liegt daher kein wahres Echosignal vor und die Spannung Vc an der integrierenden Kapazität wird deshalb gemäss Schritt 128

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wieder auf Null reduziert. Es muss dann gemäss Schritt 130 der nächste Intervallzeitstart abgewartet werden. Wenn anderseits A V grösser als TOL ist (Alternative 142), wird gemäss Schritt 144 die Zeitdauer des abgetasteten Intervalls dem Intervallzeitgeber 106 (Fig. 6) durch den Schritt 144 hinzugezählt und es wird mit Schritt 146 festgestellt, ob die seit der Freigabe des Empfängers verstrichene Zeit den Wert von 0,6 ms überschreitet. Ist das nicht der Fall (Alternative 148), so muss gemäss Schritt 150 wieder das nächste Abtastintervall abgewartet werden. Überschreitet jedoch die verstrichene Zeit den Wert 0,6 ms (Alternative 152), so wird gemäss Schritt 154 ein wahres Gegenstandsechosignal ausgelöst.

In Fig. 8 sind der das Echosignal 54 enthaltende Teil des Signalverlaufes nach Fig. 1A und darunter der dem Echosignal entsprechende Spannungsverlauf 156 an der integrierenden Kapazität der Abtast-und Auswertestufe 94 nach Fig. 6 dargestellt. Das Laden und Entladen der integrierenden Kapazität in der Stufe 94 während vorhergehender Abtastperioden ist in Fig. 8 durch den Spannungsverlauf 158 veranschaulicht. Wenn die Spannung an der integrierenden Kapazität anwächst, muss unterschieden werden, ob es sich um ein Störsignal oder um ein wahres Echosignal handelt. Störsignale haben bei Messsystemen der vorliegenden Art gewöhnlich nicht eine Dauer von 0,6 ms oder mehr. Wenn daher die Steigung des integrierten Signals im Zeidiagramm gegen TOL/ A T geht (wobei AT einem Abtastzeitintervall entspricht), oder wenn die Steigung kleiner als ein vorgegebener Wert ist (wenn A V kleiner als TOL ist), was der Alternative 140 in Fig. 7 entspricht, wird das System in den Anfangszustand zurückgestellt (Schritte 118 und 120), sobald die integrierende Kapazität entladen worden ist (Schritt 128) und das Abtastzeitintervall verstrichen ist (Schritt 130).

Dem Stand der Technik angehörende Entfernungsmesssysteme der in Fig. 1 dargestellten Gattung verwerten zur Unterscheidung der Echos vom Zielgegenstand von Störsignalen die Gestalt oder Amplitude der Echoimpulse. Im Gegensatz zu diesen älteren Systemen kann die erfmdungsgemässe Vorrichtung ein Signal, das von der seitens eines ausgewählten Zielgegenstandes rückgestrahlten Energie herrührt, unabhängig von der Gestalt des rückgestrahlten Gegenstandes, von der Signalstärke und von der Impulsform erkennen. Der Ein-treffzeitpunkt der Vorderflanke eines wahren Echosignales kann innerhalb der Grenzen eines Abtastintervalls ermittelt werden, indem die Zeit bestimmt wird, die zwischen dem ersten, ein tatsächliches oder wahres Echo vom Zielgegenstand erfassenden Abtastintervall und der Erzeugung eines tatsächlichen oder wahren Gegenstandsechosignales verstreicht und diese Zeit sodann von der Zeit subtrahiert wird, in welcher das tatsächliche oder wahre Gegenstandsechosignal erzeugt wird.

Die Schwebungserscheinung 44 in Fig. 1A könnte wohl für ein wahres Signal gehalten werden. Da jedoch solche Schwebungserscheinungen gewöhnlich nicht länger als 140 jxs dauern und auch die Dauer von elektrischen Impulszacken in der Regel nicht 300 ns übersteigt, wird die Spannungsänderung zwischen benachbarten Abtastintervallen schon vor Ablauf der angenommenen Intervallzeit von 0,6 ms kleiner als der Minimalwert TOL sein. Das hat zur Folge, dass solche Schwebungserscheinungen oder elektrische Zacken den Test bei Schritt 138 in Fig. 7 nicht bestehen und den logischen Alternativweg 140 auslösen, wobei Vc auf Null reduziert und ein neuer Abtastvorgang abgewartet wird. Ein wesentlicher Vorteil von Entfernungsmessern nach der Erfindung ist somit ihre Unempfindlichkeit gegen Membranschwebungen und zackenartige Störsignale elektrischer und mechanischer Natur. Die Erzeugung von falschen Gegenstandsechosignalen wird verhindert, weil Störsignale der angegebenen Art nicht den 0,6 ms-Test bestehen. Die Genauigkeit der Entfernungs-

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messer wird durch die ausschliessliche Verwertung wahrer dies bei dem einleitend beschriebenen älteren Entfernungs-

Echosignale erhöht, die unter Mitberücksichtigung ihrer messer der Fall ist, wodurch die Genauigkeit der Entfer-

Dauer identifiziert werden, wodurch das Ergebnis der Entfer- nungsmessung verbessert wird.

nungsmessung nicht von der angewendeten Verstärkung oder Zusammenfassend kann man zu den Eigenschaften der von der Gestalt der Signale abhängt. s vorliegenden Messvorrichtung folgendes sagen: Die nach dem

In dem typischen, in Fig. 2A dargestellten Signalverlauf Rückstrahlprinzip arbeitende Entfernungsmessvorrichtung hat das wahre Echosignal eine Dauer von 1,1-1,5 ms. Für ein kann die Vorderflanke eines Echosignales deutlich erkennen

Echosignal dieser Dauer ist empirisch festgestellt worden, und so dieses Signal von Störsignalen unterscheiden. Zwecks dass die Auswertung eines Signalteiles von 0,6 ms Dauer ge- Identifizierung der Vorderflanke von wahren Echosignalen nügt, um das Signal als wahres Echosignal zu erkennen und io und Unterscheidung zwischen wahren und falschen Echosi-

von Störsignalen zu unterscheiden. Die Zeitdauer der Ge- gnalen werden alle empfangenen Signale in Zeitintervallen,

samtzahl von Abtastintervallen soll dieser empirisch als aus- die relativ kurz im Vergleich zur Gesamtdauer von wahren reichend ermittelten Teilsignaldauer gleich sein. Diese Zeit- Echosignalen sind, wiederholt stichprobenartig abgetastet dauer von 0,6 ms, während welcher ein empfangenes Signal und die abgetasteten Signalwerte werden summiert, wobei andauern muss, um eines der Testkriterien des Echoerken- is festgestellt wird, ob der Betrag der abgetasteten Signalwerte nungssystems zu befriedigen, ist nicht notwendigerweise für anwächst und ob die Zuwachsrate dieser Signalwerte über ei-

alle Entfernungsmesser, die ein solches Erkennungssystem nem vorgegebenen Minimalwert hegt. Ein für die Entfer-

verwenden, die günstigste. Die Festlegung einer Zeitdauer, nungsmessung zu verwertendes wahres Gegenstandsechosi-

während welcher ein Echosignal kontinuierlich andauern gnal wird im Entfernungsmesser nur dann erzeugt, wenn der muss, ist jedoch für die richtige Arbeitsweise eines solchen Sy- 20 Betrag der Summe der abgetasteten Signalwerte von Abtast-

stems wesentlich. Vorgang zu Abtastvorgang zunimmt und wenn die Zuwachs-

Wenn ein wahres Echosignal einlangt, ist A V grösser als raten während einer Zeitspanne, die einen erheblichen Teil TOL (Alternative 142 in Fig. 7) und das Signal dauert länger der Zeitdauer eines vom Zielgegenstand kommenden wahren als 0,6 ms (Alternative 152 in Fig. 7). Diese beiden Kriterien Echosignales ausmacht, über dem vorgegebenen Minimalveranlassen das System, ein wahres Gegenstandsechosignal 25 wert liegen.

zu liefern (Schritt 154) und ein nachfolgendes Entfernungs- Eine gemäss der Erfindung ausgebildete Entfernungs-messignal, das stets einer um 0,6 ms kürzeren Laufzeit als das messvorrichtung ist relativ unempfindlich auf Störsignale Gegenstandsechosignal entspricht. Das bedeutet einen kon- und/oder elektronisches Rauschen,hauptsächlich deshalb, stanten Messfehler von etwa 15 cm (0,5 feet), der leicht me- weil sie als Kriterium für die Unterscheidung zwischen wah-chanisch oder elektrisch in der Messvorrichtung kompensiert 30 ren und scheinbaren Echosignalen nicht die Signalamplitude, werden kann, um die Vorderflanke eines elektrischen Signals sondern den Signalverlauf während einer bestimmten Signaleindeutig, wenn auch indirekt, anzuzeigen. dauer heranzieht. Es ergibt sich zwar eine Zeitverzögerung

Wegen seiner überlegenen Fähigkeit zur Unterdrückung der zur Verwertung ausgewählten Echosignalflanken und davon Störsignalen kann die erfindungsgemässe Vorrichtung mit eine scheinbare Laufzeitänderung, die aber für alle Zielge-alle eintreffenden Signale aufnehmen und nicht nur solche, 35 genstände gleich gross ist und daher leicht auf elektrischem die über einem vorgeschriebenen Schwellenwert liegen, wie oder mechanischem Wege kompensiert werden kann.

C

4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

651387 PATENTANSPRÜCHE

1. Entfernungsmessvorrichtung, insbesondere für photographische Kameras, mit einem Sender zum Abstrahlen eines Impulses zum Messgegenstand, einem Empfänger zur Aufnahme des von diesem Gegenstand rückgestrahlten Echos und einer aus der zwischen Abstrahlen des Impulses und Aufnahme des Echos verstreichenden Laufzeit ein die Entfernung darstellendes Signal ableitenden Schaltung, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Schaltung (108) eine dem Empfänger (84, 86) nachgeschaltete Diskriminierstufe (94,96,106,100,102) vorgeschaltet ist, die eine wenigstens die Stärke jedes potentiellen Echos in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne auf Vorhandensein eines Mindestwertes überprüfende Abtast- und integrierende Auswertestufe (94) enthält (Fig. 6).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Ausgang der Abtast- und integrierenden Auswertestufe (94) eine Einrichtung (96) zur Überprüfung, ob das integrierte Signal zwischen den aufeinanderfolgenden Abtastvorgängen anwächst, und überdies eine Einrichtung (98) vorgesehen ist, die überprüft, ob die Zuwachsrate des integrierten Signals zwischen aufeinanderfolgenden Abtastvorgängen grösser oder gleich einem vorgegebenen Mindestwert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (112,114) zur Rückführung des integrierten Signales auf einen Anfangswert vorgesehen ist, die aktivierbar ist, falls während aufeinanderfolgender Abtastvorgänge das integrierte Signal nicht anwächst oder die Zuwachsrate des integrierten Signals kleiner als der vorgegebene Mindestwert ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Ermittlung des Auftrittszeitpunktes der Vorderflanke eines wahren Echos vorgesehen ist, die von der Zeit, nach welcher das vom Messgegenstand kommende Echo durch die Diskriminierstufe (94,96,106,100,102) identifiziert wird, die vorbestimmte Zeitspanne abzieht.