DE19946448A1 - Entfernungsmeßeinrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Entfernungsmeßeinrichtung hat eine Zeile von CCD-Elementen, die so betrieben werden, daß zwei Sensoren (PSA, PSB) zur passiven Erfassung und ein Sensor (AS) in Kombination mit einem Lichtabgabeelement (40) zur aktiven Erfassung bereitstehen. Ein für Infrarotlicht undurchlässiger Filter (33) ist auf der Lichtempfangsfläche (31) aller Elemente angeordnet, während ein für sichtbares Licht undurchlässiger Filter (34) der Lichtempfangsfläche (31) derjenigen Elemente überlagert ist, die dem aktiven Sensor entsprechen. Eine Optik (20) ist so angeordnet, daß sie ein Objektbild auf den Sensoren (PSA, PSB, AS) erzeugt. Eine Steuerschaltung (50) sorgt zunächst für den Betrieb der passiven Sensoren (PSA, PSB) während der passiven Erfassung und dann für den Betrieb des aktiven Sensors (AS) während der aktiven Erfassung. Durch das Vorsehen der beiden passiven Sensoren (PSA, PSB) und des aktiven Sensors (AS) in einer einzigen Einrichtung sind Miniaturisierung, Gewichtsverringerung und Kosteneinsparung möglich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Entfernungsmeßeinrichtung für Kameras, Videokame­ ras etc., mit der die Entfernung zu einem Objekt gemessen werden kann.

Eine Technik zur Messung der Objektentfernung ist das sogenannte passive Verfahren, das zwei Lichtempfangssensoren einsetzt, die das gleiche optische System, d. h. die gleiche Optik haben. Diese Sensoren erfassen den Kontrast des Objektes, um die Entfernung in Abhängigkeit einer Positionsverschiebung zu er­ mitteln, die durch die Parallaxe des Objektes verursacht wird, wie sie sich in der Projektion an dem jeweiligen Lichtempfangssensor darstellt. Das passive Verfah­ ren nutzt Umgebungslicht. Eine genaue Entfernungsmessung ist demnach dann möglich, wenn das Objekt für die Erfassung des Objektes durch den Lichtemp­ fangssensor hell genug ist. Die Genauigkeit nimmt jedoch ab, wenn das Objekt nicht ausreichenden Kontrast zeigt oder dunkel ist.

Eine weitere Technik zur Messung der Objektentfernung ist das sogenannte ak­ tive Verfahren, das Licht nutzt, das von einem Lichtabgabeelement in Richtung des Objektes ausgesendet, an dem Objekt reflektiert und schließlich von Licht­ empfangselementen erfaßt wird. Die Position des spektralen Zentrums des an dem Objekt reflektierten Lichtes wird dazu benutzt, über das Triangulationsverfah­ ren die Entfernung zu ermitteln. Das aktive Verfahren hat zwar den Vorteil, daß eine Entfernungsmessung auch bei Objekten möglich ist, die dunkel sind, keinen Kontrast oder sich wiederholende, lichtreflektierende Muster haben. Es ist jedoch mit diesem Verfahren schwierig, für ein Objekt in vergleichsweise großer Entfer­ nung eine hochgenaue Meßsuchoperation auszuführen, da die Menge des an dem Objekt reflektierten Lichtes mit der Entfernung abnimmt.

Aus dem Stand der Technik bekannte Kameras haben entweder das passive oder das aktive Verfahren zur Messung der Objektentfernung eingesetzt. Wie eben erläutert, haben diese Verfahren Vor- und Nachteile. Es besteht deshalb ein Be­ darf an in Kameras verwendbaren Entfernungsmeßeinrichtungen, die sowohl das passive als auch das aktive Verfahren anwenden können, um so unter unter­ schiedlichen Aufnahmebedingungen eine hochgenaue Entfernungsmessung durchführen zu können.

Da bei dem aktiven Verfahren aus einer Lichtquelle stammendes reflektiertes Licht zur Entfernungsmessung erfaßt wird, setzt man in diesem Verfahren Infra­ rotlicht als Lichtquelle ein. Auf diese Weise können die Lichtempfangselemente das Licht vom Umgebungslicht unterscheiden. Das aktive Verfahren erlaubt also die Unterscheidung des reflektierten Lichtes vom Umgebungslicht oder sichtbaren Licht. Aus diesem Grund müssen bei dem aktiven Verfahren notwendigerweise Lichtempfangselemente eingesetzt werden, die auf Infrarotlicht empfindlich sind. Zu diesem Zweck wurden bisher für gewöhnlich in einer Zeile ausgebildete opti­ sche Sensoren als Positionserfassungsvorrichtungen verwendet, die im folgenden auch kurz als PSD bezeichnet werden. "PSD" steht dabei für "position sensing device".

Da bei dem passiven Verfahren der Kontrast des Objektes zur Entfernungsmes­ sung genutzt wird, werden Lichtempfangselemente verwendet, die hellen und dunklen Kontrast als Strom- oder Spannungswert ausgeben. Solche Lichtemp­ fangselemente sind beispielsweise ladungsgekoppelte Bauteile, kurz CCDs.

Um die Anwendung sowohl des aktiven als auch des passiven Verfahrens zu er­ leichtern, müssen aus vorstehend erläuterten Gründen PSD- und CCD-Licht­ empfangselemente vorhanden sein. Des weiteren sind zusätzliche optische Sy­ steme notwendig, die auf das jeweilige Verfahren ausgelegt sind, wodurch der Aufbau der entsprechenden Entfernungsmeßeinrichtung komplexer und größer wird. Eine mit einer solchen Entfernungsmeßeinrichtung ausgestattete Kamera, die zugleich klein und leichtgewichtig ist, kann deshalb kaum bereitgestellt wer­ den.

Weiterhin ist eine Entfernungsmessung denkbar, die sowohl auf dem aktiven als auch auf dem passiven Verfahren beruht und nur eine Art von Sensoren, nämlich entweder PSD-Sensoren oder CCD-Sensoren verwendet. Das passive Verfahren wird jedoch mit PSDs kaum funktionieren, weil der Kontrast des Objektes mit die­ sen Sensoren nur schwer zu erfassen ist, während es für CCDs wegen ihrer ge­ ringen Empfindlichkeit gegenüber Infrarotlicht schwierig ist, das aus der Licht­ quelle abgestrahlte reflektierte Infrarotlicht zu erfassen.

Im Stand der Technik hat man deshalb festgestellt, daß zur Fertigung einer Ent­ fernungsmeßeinrichtung, die beide Verfahren und deren Vorteile nutzt, erforder­ lich ist, individuelle Einrichtungen auszubilden. Aus diesem Grund konnte der Aufbau einer solchen Einrichtung bisher nicht merklich vereinfacht werden.

Ein Problem liegt deshalb in der Miniaturisierung der Entfernungsmeßeinrichtung, in der Verringerung ihres Gewichtes und in der Kosteneinsparung. Da solche Ka­ meras typischerweise mit Vorrichtungen zur automatischen Scharfeinstellung, kurz AF-Vorrichtungen, ausgestattet sind, deren Mechanismus einen großen An­ teil an Raum und Gewicht in Anspruch nimmt, ist der Einbau einer nach beiden Verfahren arbeitenden Entfernungsmeßeinrichtung der Miniaturisierung und der Gewichtsverringerung nicht förderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Entfernungsmeßeinrichtung anzugeben, die sowohl das passive Verfahren als auch das aktive Verfahren einsetzt und in Kompaktkameras verwendbar ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Entfernungsmeßeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die Entfernungsmeßeinrichtung nach der Erfindung enthält mindestens drei Lichtempfangssensoren mit CCD-Elementen, eine Optik, die es jedem Lichtemp­ fangssensor ermöglicht, ein individuelles Objektbild zu erzeugen, ein Lichtabga­ beelement zum Bestrahlen des Objektes mit Licht, einen passiven Meßsucher, der unter den Lichtempfangssensoren zwei Sensoren als passive Sensoren hat, und einen aktiven Meßsucher, der so aufgebaut ist, daß er den verbleibenden Lichtempfangssensor als aktiven Sensor, die Optik und das Lichtabgabeelement nutzt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein für Infrarotlicht im we­ sentlichen undurchlässiger Kantenfilter an den Lichtempfangsflächen der drei Lichtempfangssensoren sowie ein für sichtbares Licht im wesentlichen undurch­ lässiger Kantenfilter an der Lichtempfangsfläche des aktiven Sensors angeordnet. Das Lichtabgabeelement strahlt Licht eines Wellenlängenbereichs aus, der zwi­ schen dem Bereich des sichtbaren Lichtes und dem Bereich des Infrarotlichtes liegt.

Die passiven Sensoren und der aktive Sensor sind jeweils vorzugsweise als Zei­ lensensor ausgebildet, der eine Anzahl von in einer Zeile angeordneten CCD- Elementen hat. Weiterhin ist die Mitte des Zeilensensors in Längsrichtung vor­ zugsweise als aktiver Sensor ausgebildet, während die beiden Enden des Zeilen­ sensors in Längsrichtung die beiden passiven Sensoren bilden.

Alternativ kann jeder Sensor auch von einzelnen unabhängigen CCD-Elementen gebildet werden, die unabhängig voneinander oder synchron zueinander ange­ steuert werden können. Die Optik kann versehen sein mit passiven Linsen, die ein den passiven Sensoren zugeordnetes Objektbild erzeugen, einer aktiven Linse, das ein dem aktiven Sensor zugeordnetes Objektbild erzeugt, und einer Kondensorlinse, die für eine Konzentration des von dem Lichtabgabeelement in Richtung des Objektes abgestrahlten Lichtes sorgt. Die Linsen bilden dabei vor­ zugsweise einen einstückigen Körper.

Die Erfindung sieht vor, daß jeder Sensor Licht unterschiedlicher Wellenlänge empfängt, während das Lichtabgabeelement so gewählt ist, daß es Licht einer geeigneten Wellenlänge abstrahlt, wobei trotz des Umstandes, daß die Sensoren von CCD-Elementen gebildet werden, je nach Aufnahmebedingungen eines der beiden Verfahren, nämlich das passive Verfahren und das aktive Verfahren, ver­ fügbar ist.

Auf diese Weise wird vermieden, daß sowohl PSD- als auch CCD-Sensoren vor­ handen sein müssen, so daß die Entfernungsmeßeinrichtung vereinfacht und da­ mit eine Miniaturisierung, eine Gewichtsverringerung sowie eine Kosteneinspa­ rung sowohl für die Entfernungsmeßeinrichtung als auch die entsprechende Ka­ mera verwirklicht werden können. Weiterhin hat die Anwendung des passiven Verfahrens höhere Priorität, um so Entfernungsmeßdaten unter normalen Bedin­ gungen bereitzustellen. Sind mit dem passiven Verfahren keine zuverlässigen Entfernungsmeßdaten möglich, so wird dann das aktive Verfahren durchgeführt, um Entfernungsmeßdaten bereitzustellen, wenn die Helligkeit des Umgebungs­ lichtes einen vorbestimmten Pegel unterschreitet. Auf diese Weise sind unter un­ terschiedlichen Aufnahmebedingungen zuverlässige Entfernungsmeßdaten ver­ fügbar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Un­ teransprüche sowie der folgenden Beschreibung.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zei­ gen:

Fig. 1 eine Kamera in perspektivischer Ansicht mit einer Entfernungs­ meßeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 den Aufbau der in der Kamera nach Fig. 1 verwendeten Entfer­ nungsmeßeinrichtung in der Draufsicht,

Fig. 3 die spektrale Empfindlichkeit der in der Kamera nach Fig. 1 verwen­ deten Entfernungsmeßeinrichtung an Hand eines Graphen,

Fig. 4 den Betrieb der in der Kamera nach Fig. 1 verwendeten Entfer­ nungsmeßeinrichtung an Hand eines Flußdiagramms,

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der bei der Kamera nach Fig. 1 nach dem passiven Verfahren ausgeführten Entfer­ nungsmessung,

Fig. 6A bis 6C eine Methode zum Erfassen der Bildposition des spektralen Zen­ trums bei dem passiven Verfahren und

Fig. 7 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der bei der Kamera nach Fig. 1 nach dem aktiven Verfahren ausgeführten Entfernungs­ messung.

Eine in Fig. 1 gezeigte Kompaktkamera hat einen Kamerakörper, der an seiner Deckfläche mit einem Multifunktionsschalter 11, einer LCD-Anzeige 12 und einem Auslöser 13 versehen ist.

Im vorderen Teil der Kamera befindet sich ein Fotoobjektiv 14. Zusätzlich sind ein Sucherfenster 15, ein Blitz 16 und eine erfindungsgemäße Entfernungsmeßein­ richtung 17 vorgesehen. Die Entfernungsmeßeinrichtung 17 dient der Messung der Entfernung eines Objektes, das mit der Kamera fotografiert werden soll.

Die seitlich des Sucherfensters 15 angeordnete Entfernungsmeßeinrichtung 17 hat ein optisches System, d. h. eine Optik, mit mehreren Linsen, die eine zusam­ mengesetzte Linseneinheit 20 bilden, einem Zeilensensor 30, auf dem Objektbil­ der erzeugt worden, und einer lichtaussendenden Diode 40, kurz LED, die das Objekt mit Licht bestrahlt.

Wie in Fig. 2 gezeigt, hat der Zeilensensor 30 einen Lichtempfangsabschnitt 31 mit mehreren CCD-Elementen, die in einer geradlinigen Zeile angeordnet sind. Das auf den Lichtempfangsabschnitt 31 treffende Licht wird durch die CCD-Ele­ mente fotoelektrisch in elektrische Ladung umgewandelt, die dort gesammelt wird. Die so angehäufte elektrische Ladung wird dann in kontrollierter Weise entlang der Zeile übertragen, um so von einem an dem einen Ende der Zeile angeordne­ ten Ausgang 32 als Spannungssignal ausgegeben zu werden. Der Zeilensensor 30 kann die Intensität des an dem Lichtempfangsabschnitt 31 empfangenen Lichtes erfassen.

In dem vorgestellten Ausführungsbeispiel ist der Lichtempfangsabschnitt 31 in drei Bereiche unterteilt, die einander nicht überlappen. Die Bereiche an den bei­ den Enden der Zeilen sind als passive Sensoren PSA und PSB ausgebildet, wäh­ rend der zentrale Bereich als aktiver Sensor AS ausgebildet ist. An dem Licht­ empfangsabschnitt 31 ist ein sich über die vorstehend genannten drei Bereiche erstreckender Infrarot-Kanten- oder Cutoff-Filter 33 vorgesehen, der das Infrarot­ licht gleichsam ausschneidet, d. h. ausblendet. Weiterhin ist im Bereich des akti­ ven Sensors AS ein Kanten- oder Cutoff-Filter 34 der Lichtempfangsfläche über­ lagert, der das sichtbare Licht ausblendet.

Die LED 40 ist so ausgebildet, daß sie Licht aussendet, dessen Wellenlänge im Bereich der spektralen Empfindlichkeit der in dem Zeilensensor 30 enthaltenen CCD-Elemente liegt. Außerdem liegt die Wellenlänge des von der LED 40 ausge­ sendeten Lichtes eher in der Nähe des Infrarotbereichs als des sichtbaren Be­ reichs.

Wie Fig. 3 zeigt die Charakteristik der spektralen Empfindlichkeit des CCD-Ele­ mentes zusammen mit der Kanten- oder Cut-off-Charakteristik der Kantenfilter 33 und 34. Die LED 40 ist so gewählt, daß sie Licht einer Wellenlänge aussendet, die länger als die Kanten- oder Cut-off-Wellenlänge des Filters 34 von 700 nm und kürzer als die Wellenlänge des Filters 33 von 800 nm ist. Beispielsweise kann die Wellenlänge bei etwa 750 nm liegen.

Die zusammengesetzte Linseneinheit 20 hat zwei passive Linsen PLA und PLB, die den passiven Sensoren PSA und PSB zugewandt sind, eine dem aktiven Sen­ sor AS zugewandte aktive Linse AL und eine auf der optischen Achse der LED 40 angeordnete Kondensorlinse CL. Die passiven und die aktiven Linsen PLA, PLB, AL sowie die Kondensorlinse CL sind horizontal in vorbestimmten Abständen voneinander angeordnet und als ein Körper, d. h. einstückig ausgebildet. Der die zusammengesetzte Linseneinheit 20 bildende Körper besteht beispielsweise aus einem transparenten Kunstharz.

Der Zeilensensor 30 ist an eine CPU 50 und eine CCD-Treiberschaltung 51 an­ geschlossen. In Abhängigkeit von aus der CCD-Treiberschaltung 51 stammenden Treibersignalen führt der Ausgang 32 der CPU 50 ein Ausgangssignal zu. Auch die LED 40 ist an die CPU 50 angeschlossen, und zwar über eine LED-Treiber­ schaltung 52. Wie weiter unten erläutert, wählt die CPU 50 entweder das passive oder das aktive Verfahren als geeignete Betriebsart für die in der Kamera durch­ zuführende Entfernungsmessung aus. Die CPU 50 veranlaßt so die LED 40, in der mit dem aktiven Verfahren arbeitenden Betriebsart in vorbestimmten Interval­ len Licht auszusenden, während sie in der mit dem passiven Verfahren arbeiten­ den Betriebsart die LED 40 außer in speziell dafür vorgesehenen Fällen daran hindert, Licht auszusenden.

In jeder Betriebsart wird das aus dem Zeilensensor 30 stammende Ausgangs­ signal aufgenommen und eine Berechnung der Objektentfernung durchgeführt. Die CPU 50 ist weiterhin mit einem RAM 53 verbunden, der verschiedene Arten von für die Entfernungsberechnung erforderlichen Daten speichert.

Im folgenden wird die von der Entfernungsmeßeinrichtung durchgeführte Entfer­ nungsmessung erläutert.

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das die Operation der Entfernungsmessung zeigt. Zunächst wird der CPU 50 seitens der Kamera ein Entfernungsmeßbefehl zuge­ führt, der die CPU 50 dazu veranlaßt, die Operation nach dem passiven Verfah­ ren durchzuführen (S101). Bei dem passiven Verfahren gibt die CPU 50 einen Integrationsstartbefehl an die CCD-Treiberschaltung 51 aus.

In der Folge beginnt der Zeilensensor 30 die Integration und beendet diese mit Empfang eines Sammelendbefehls, der aus der CCD-Treiberschaltung 51 stammt. Die in dem Lichtempfangsabschnitt 31 angesammelte elektrische Ladung wird nachfolgend in Synchronisation mit einem Taktsignal an den Ausgang 32 übertragen und von diesem in Form von Daten ausgegeben, die durch A/D- Wandlung eines Stroms oder einer Spannung erzeugt worden sind. Die Daten werden in dem RAM 53 gespeichert. Die CPU 50 berechnet dann aus diesen Daten die Objektentfernung.

Die Durchführung der Entfernungsmessung entspricht dem herkömmlichen passi­ ven Verfahren, wird jedoch im folgenden nochmals kurz erläutert. Wie in Fig. 5 angedeutet, wird von den beiden passiven Linsen PLA und PLB jeweils ein Bild des für die Entfernungsmessung anvisierten Objektes auf den passiven Sensoren PSA bzw. PSB an den beiden Seiten des Zeilensensors 30 erzeugt.

Bei der gezeigten Anordnung ist der Abstand der optischen Achsen der beiden passiven Linsen PLA und PLB gleich D und der Abstand der beiden passiven Lin­ sen PLA und PLB zu dem jeweiligen passiven Sensor PSA bzw. PSB gleich d. Die Abstände der optischen Achsen der jeweiligen passiven Linsen PLA bzw. PLB von einem bestimmten Punkt, beispielsweise dem horizontalen Mittelpunkt, des durch den jeweiligen passiven Sensor PSA bzw. PSB erzeugten Objektbildes be­ tragen x1 bzw. x2, während der Abstand des Objektes von der Kamera gleich L ist.

Nach der Trigonometrie erhält man dann folgende Gleichung:

(L + d)/L = (D + x1 + x2)/D (1).

Aus dieser Gleichung kann wiederum folgende Gleichung abgeleitet werden:

L = (D.d)/(x1 + x2) (2).

Das passive Verfahren erfordert das Erfassen der Parallaxe, die aus dem Unter­ schied der Positionen der von demselben Objekt stammenden Bilder auf den pas­ siven Sensoren PSA und PSB resultiert. Wie in Fig. 6A gezeigt, sind in diesem Ausführungsbeispiel die passiven Sensoren PSA und PSB jeweils in Längsrich­ tung des Zeilensensors 30 in drei Bereiche unterteilt, nämlich in den rechten Be­ reich, den Zentralbereich und den linken Bereich, wobei sich die Grenzen dieser Bereiche etwas überlappen.

Wie in Fig. 6B gezeigt, enthalten der rechte Bereich, der Zentralbereich und der linke Bereich jedes passiven Sensors PSA und PSB vierundfünfzig Elemente. Für jeden Bereich ist eine Gruppe von CCD-Elementen, deren Anzahl gleich oder größer als die Hälfte der Gesamtanzahl der Elemente in diesem Bereich ist, als Berechnungsbereich RA bzw. RB festgelegt, der dem Sensor PSA bzw. dem Sen­ sor PSB entspricht. In diesem Ausführungsbeispiel werden für die Berechnungs­ bereiche RA und RB vierzig Elemente verwendet. Die Berechnungsbereiche RA und RB sind in den Bereichen über die beiden passiven Sensoren PSA und PSB an liniensymmetrischen Positionen angeordnet. Dann werden die Unterschiede im Ausgangssignal für jedes Element zwischen den beiden passiven Sensoren be­ stimmt, indem die Elemente der Berechnungsbereiche eines nach dem anderen abwechselnd zwischen den passiven Sensoren verschoben werden. Die Unter­ schiede im Ausgangssignal werden über die Berechnungsbereiche RA und RB summiert. Folglich werden im vorliegenden Falle nur vierzehn Elemente bei jedem Berechnungsbereich RA bzw. RB verschoben, wodurch unter Hinzuzählung nicht verschobener Zustände neunundzwanzig Datenelemente bereitgestellt werden, welche die im Ausgangssignal auftretenden Unterschiede enthalten.

Vorteilhaft ist hierbei, daß die Anzahl der Elemente in jedem Bereich und in jedem Berechnungsbereich variiert werden kann.

Fig. 6C zeigt, daß die Daten bei einer vorgegebenen Verschiebungsposition ei­ nen Minimalwert ergeben, wodurch die Parallaxe (Phasendifferenz) bestimmt werden kann. Die Werte von x1 und x2 in den Gleichungen (1) und (2) können so als Phasendifferenz (x1 + x2) erhalten werden, so daß die Objektentfernung L be­ rechnet werden kann.

Die vorstehend genannte Berechnung wird für jeden der drei Bereiche des jewei­ ligen passiven Sensors ausgeführt.

Im weiteren wird nochmals auf Fig. 4 Bezug genommen. Die Zuverlässigkeit der Daten in der zur Entfernungsmessung nach dem passiven Verfahren bestimmten Berechnung wird in Schritt S102 beurteilt. Ergibt die Bestimmung, daß zuverläs­ sige Daten vorhanden sind, so werden die zuverlässigsten Daten als Entfer­ nungsmeßdaten ausgewählt (S106), um so einen Entfernungswert zu erhalten (S107), worauf die Entfernungsmessung beendet wird (S108). In der Beurteilung der Zuverlässigkeit kann beispielsweise die Berechnung für jeden der unterteilten drei Bereiche des jeweiligen Sensors PSA bzw. PSB durchgeführt werden, wobei für jeden Bereich mehrere Berechnungen erfolgen.

Aus der Vielzahl der so erhaltenen Entfernungsmeßdaten wird ein Mittelwert und eine Variation für jedes Entfernungsmeßdatum berechnet. Daten mit einem Mit­ telwert und einem Variationswert innerhalb eines vorbestimmten Fehlerbereichs werden als zuverlässige Daten angesehen. Aus diesen zuverlässigen Daten wird dann aus den zuverlässigsten Daten ein Datum ausgewählt und aus diesem ein Entfernungsmeßwert berechnet.

Ergibt die Beurteilung in Schritt S102, daß keine zuverlässigen Daten erhalten werden können, so führt die CPU 50 die Operation nach dem aktiven Verfahren durch (S104).

Vor der Durchführung des aktiven Verfahrens wird bestimmt, ob die von einem nicht dargestellten Lichtmesser gemessene Helligkeit des Umgebungslichtes (Lv- Wert) gleich oder größer als ein bestimmter Pegel ist (S103).

Ist der Wert Lv gleich oder größer als ein bestimmter Pegel, während das von der LED 40 ausgesendete Licht gemäß dem aktiven Verfahren an dem Objekt reflek­ tiert wird, so bereitet es dem das reflektierte Licht empfangenden Zeilensensor 30 Schwierigkeiten, das reflektierte Licht klar von dem Umgebungslicht zu unter­ scheiden. Dadurch nimmt die Genauigkeit der Entfernungsmessung ab, so daß zuverlässige Daten nicht gewonnen werden können. In dem Fall, in dem der Lv- Wert gleich oder größer als ein vorbestimmter Pegel ist, wird der Entfernungs­ meßwert auf einen vorbestimmten Standardwert gesetzt (S109). Dieser Stan­ dardwert ist normalerweise mit 2 bis 3 m angesetzt. Dies beruht auf der Tatsache, daß Bilder häufig mit einer Entfernung des Objektes von der Kamera von 2 bis 3 m aufgenommen werden. Können die Entfernungsmeßdaten nicht als zuverlässig angesehen werden, so wird der Standardwert übernommen, wodurch es wahr­ scheinlicher wird, ein Foto bis zu einem gewissen Grad fokussiert und mit einer geeigneten Schärfentiefe aufzunehmen.

Liegt der Wert für Lv unter dem vorstehend genannten Pegel, so wird der Modus des aktiven Verfahrens aktiviert (S104).

Die Durchführung der Entfernungsmessung nach dem aktiven Verfahren wird un­ ter Bezugnahme auf Fig. 7 erläutert. Die LED 40 sendet Infrarotlicht auf das Ob­ jekt. Dieses Licht wird an dem Objekt diffus reflektiert, und auf dem aktiven Sen­ sor AS wird über die aktive Linse AL ein Bild erzeugt. Die optische Achse des an dem Objekt diffus reflektierten Lichtes kann im Vorfeld erfaßt werden, um so ein Zentrum für die optische Achse festzulegen, worauf der aktive Sensor AS das spektrale Zentrum des Objektbildes erfassen kann. Im vorliegenden Fall wird das spektrale Zentrum (Schwerpunkt) als die Position desjenigen CCD-Elementes er­ faßt, das unter der Vielzahl der den aktiven Sensor AS bildenden CCD-Elemente den höchsten Lichtintensitätswert hat.

Hat die Entfernung vom Objekt zur Kamera den Wert L, der Abstand von der LED 40 zur optischen Achse der aktiven Linse AL den Wert D1, der Abstand zwischen der aktiven Linse AL und dem aktiven Sensor AS den Wert d und der Abstand vom spektralen Zentrum des erfaßten Objektbildes zur optischen Achse der akti­ ven Linse den Wert x3, so erhält man folgende Gleichung:

(L + d)/L = (D1 + x3)/D1 (3).

Daraus ist wiederum folgende Gleichung ableitbar:

L = (D1.d)/x3 (4).

Es ist als vorteilhaft einzuschätzen, daß nach Bestimmung der Position des spek­ tralen Zentrums des Bildes die Erfassungsgenauigkeit für dieses Zentrum da­ durch verbessert werden kann, daß der Unterschied zwischen dem Ausgangs­ signal, das der aktive Sensor AS zum Zeitpunkt der vorhergehenden Durchfüh­ rung des passiven Verfahrens liefert, und dem Ausgangssignal, das aus dem von der LED 40 ausgesendeten und an dem Objekt reflektierten Licht resultiert, be­ stimmt wird. Ist die Wellenlängencharakteristik des für das sichtbare Licht be­ stimmten und vor dem aktiven Sensor AS angeordneten Kantenfilters 34 tatsäch­ lich so scharf, daß der aktive Sensor AS das zur Durchführung des passiven Verfahrens eingesetzte sichtbare Licht nicht empfängt, so hat die Bestimmung des Unterschiedes zwischen den Ausgangssignalen keinen Vorteil.

Bei Durchführung des aktiven Verfahrens (S104) sendet die LED 40 vorzugs­ weise wiederholt Licht aus, um so bei jeder Lichtaussendung Entfernungsmeß­ daten zu erzeugen. Auf diese Weise werden mehrere Entfernungsmeßdaten be­ reitgestellt.

Wie in Fig. 4 gezeigt, wird ermittelt, ob aus der Vielzahl der Daten zuverlässige Entfernungsmeßdaten erhalten worden sind (S105). Diese Ermittlung kann bei­ spielsweise in gleicher Weise wie bei der Durchführung des passiven Verfahrens erfolgen. Ergibt diese Ermittlung, daß ein zuverlässiges Datum vorhanden ist, so wird dieses Entfernungsmeßdatum ausgewählt (S106) und dann als Entfernungs­ wert verwendet (S107).

Sind keine zuverlässigen Entfernungsmeßdaten verfügbar, beispielsweise wenn das Ausgangssignal der LED 40 zu klein oder das Objekt zu weit entfernt ist, um die Position des spektralen Zentrums des Bildes genau zu identifizieren, so wird der oben genannte Standardwert als Entfernungswert verwendet (S109).

Beim Durchführen des passiven Verfahrens erfolgt die Erfassung unter Verwen­ dung von Umgebungslicht, d. h. von sichtbarem Licht an den passiven Sensoren PSA und PSB. Bei dem vorgestellten Ausführungsbeispiel hat der Zeilensensor 30 an seiner Vorderfläche das Infrarot-Kantenfilter 33, so daß er das in dem na­ türlichen Licht enthaltene Infrarotlicht kaum erfassen kann, wodurch die Genauig­ keit der Entfernungsmessung gesteigert wird.

Wie vorstehend erläutert, ermöglicht die Entfernungsmeßeinrichtung nach der Er­ findung eine Entfernungsmessung, bei der das passive und das aktive Verfahren individuell eingesetzt werden. Das passive Verfahren hat bei der Ermittlung der Entfernungsdaten höhere Priorität, während das aktive Verfahren durchgeführt wird, Entfernungsdaten für den Fall zu erhalten, in dem die Helligkeit des Umge­ bungslichtes unterhalb eines vorbestimmten Pegels liegt und damit zuverlässige Entfernungsdaten mit dem passiven Verfahren nicht gewonnen werden können. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit erhöht werden, mit der unter unterschiedli­ chen Aufnahmebedingungen zuverlässige Entfernungsdaten ermittelt werden können.

Als Lichtempfangssensor sowohl für das passive Verfahren als auch für das ak­ tive Verfahren wird ein Zeilensensor mit CCD-Elementen verwendet. Der Einsatz sowohl von PSD- als auch von CCD-Sensoren wird damit unnötig, wodurch der Aufbau der Entfernungsmeßeinrichtung vereinfacht und damit dessen Größe und dessen Gewicht verringert werden können.

Bei dem eben erläuterten Ausführungsbeispiel sind der passive Sensor und der aktive Sensor durch einen einzelnen Zeilensensor gegeben, der mehrere CCD- Elemente hat. Sie können jedoch auch als voneinander unabhängige Einzel­ anordnungen von CCD-Elementen oder CCD-Zeilensensoren ausgebildet sein. Insbesondere bei Verwendung solcher unabhängigen Sensoren ist es nicht not­ wendig, den passiven Sensor und den aktiven Sensor wie bei dem vorgestellten Ausführungsbeispiel in einer Reihe anzuordnen. Sie können dann auch in zwei Reihen angeordnet sein.

Sind die Sensoren in vorstehend erläuterter Weise unabhängig voneinander an­ geordnet, so können sie jeweils eine unabhängige oder eine synchronisierte Trei­ bersteuerung haben. Auch die passive Linse, die aktive Linse und die Konden­ sorlinse können unabhängig voneinander ausgebildet sein. Ihre Anordnung ist dabei entsprechend der Anordnung der jeweiligen Sensoren geeignet festgelegt.

Die Entfernungsmeßeinrichtung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß sie in Kameras für Silberfilme sowie in anderen Arten von Kameras, z. B. digitalen Ka­ meras oder Videokameras, eingesetzt werden kann. Die Kombination der Entfer­ nungsmeßeinrichtung mit AF-Geräten ermöglicht hochgenaue Fotoaufnahmen.

Wie aus dem vorstehend Erläuterten hervorgeht, stellt die Erfindung eine Entfer­ nungsmeßeinrichtung bereit, die durch Verwendung von Lichtempfangssensoren mit CCD-Elementen nach dem passiven Verfahren und nach dem aktiven Verfah­ ren arbeiten kann. Aus diesem Grund ist es im Gegensatz zu bekannten Entfer­ nungsmeßeinrichtungen, die nach unterschiedlichen Verfahren arbeiten, nicht erforderlich, sowohl PSD-Sensoren als Lichtempfangssensoren für das aktive Verfahren als auch CCD-Sensoren als Lichtempfangssensoren für das passive Verfahren bereitzustellen. Dadurch kann der Aufbau der Einrichtung vereinfacht werden.

Da die Durchführung des passiven Verfahrens zur Bereitstellung von Entfer­ nungsmeßdaten unter normalen Bedingungen höhere Priorität hat als die Durch­ führung des aktiven Verfahrens, das zur Bereitstellung von Entfernungsmeßdaten unter Bedingungen vorgesehen ist, unter denen das Umgebungslicht unter einen vorbestimmten Pegel fällt und damit zuverlässige Entfernungsmeßdaten mit dem passiven Verfahren nicht ermittelt werden können, können unter unterschiedli­ chen Aufnahmebedingungen zuverlässige Entfernungsmeßdaten ermittelt wer­ den.

Claims (13)

1. Entfernungsmeßeinrichtung mit mindestens drei Sensoren (PSA, PSB, AS), die jeweils mehrere Lichtempfangselemente haben, einer Optik (20), die auf den Sensoren (PSA, PSB, AS) jeweils ein Objektbild erzeugt, und einem Lichtabgabeelement (40), das Licht auf das Objekt strahlt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtempfangselemente CCD-Elemente sind und daß ein System (50-53) vorgesehen ist, das zur passiven Erfassung mindestens zwei der Sensoren (PSA, PSB) als passive Sensoren und zur aktiven Erfas­ sung mindestens einen der Sensoren (AS) in Kombination mit dem Lichtab­ gabeelement (40) als aktiven Sensor betreibt.

2. Entfernungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die drei Sensoren (PSA, PSB, AS) jeweils eine Lichtempfangsfläche (31) mit einem für Infrarotlicht undurchlässigen Filter (33) haben,
die Lichtempfangsfläche (31) des als aktiven Sensor betriebenen Sensors (AS) zusätzlich mit einem für sichtbares Licht undurchlässigen Filter (34) versehen ist,
und das Lichtabgabeelement (40) Licht in einem Wellenlängenbereich aus­ sendet, der zwischen dem Bereich des sichtbaren Lichtes und dem Bereich des Infrarotlichtes liegt.

3. Entfernungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die CCD-Elemente parallel zu einer geradlinigen verlaufen­ den Achse angeordnet sind.

4. Entfernungsmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die CCD-Elemente auf der Achse angeordnet sind.

5. Entfernungsmeßeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der aktive Sensor (AS) in einem Mittelabschnitt der Achse befindet, während die passiven Sensoren (PSA, PSB) an den beiden Enden der Achse angeordnet sind.

6. Entfernungsmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (PSA, PSB, AS) derart ansteu­ erbar sind, daß sie unabhängig voneinander oder miteinander synchronisiert betrieben werden.

7. Entfernungsmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik (20) versehen ist mit passiven Lin­ sen (PLA, PLB) zum Erzeugen eines Objektbildes auf den passiven Senso­ ren (PSA, PSB), einer aktiven Linse (AL) zum Erzeugen eines Objektbildes auf dem aktiven Sensor (AS) und einer Kondensorlinse (CL) zur Konzentra­ tion des Lichtes, das das Lichtabgabeelement (40) aussendet und auf das Objekt gerichtet wird, und daß diese Linsen (PLA, PLB, AL) einen einstücki­ gen Körper bilden.

8. Entfernungsmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
einander entsprechende CCD-Elemente der beiden passiven Sensoren (PSA, PSB) miteinander verglichen werden, wenn von dem Objekt stam­ mendes Licht auf sie fällt,
auf Grundlage eines aus diesem Vergleich resultierenden Unterschiedes an den beiden Sensoren (PSA, PSB) jeweils ein bestimmter Punkt des Objekt­ bildes erfaßt wird,
und auf Grundlage des zwischen diesen Punkten an den passiven Sensoren (PSA, PSB) auftretenden Unterschiedes die Objektentfernung berechnet wird.

9. Entfernungsmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der aktive Sensor (AS) so angeordnet ist, daß er das von dem Lichtabga­ beelement (40) ausgesendete und an dem Objekt reflektierte Licht empfängt, CCD-Elemente des aktiven Sensors (AS) miteinander verglichen werden, um ein dem spektralen Zentrum des empfangenen Objektbildes entsprechendes CCD-Element zu erfassen,
das spektrale Zentrum des an dem aktiven Sensor (AS) empfangenen Ob­ jektbildes auf Grundlage des erfaßten CCD-Elementes ermittelt wird,
und die Objektentfernung auf Grundlage der ermittelten Position des spek­ tralen Zentrums berechnet wird.

10. Entfernungsmeßeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
durch den aktiven Sensor (AS) ein Unterschied eines während der passiven Erfassung ausgegebenen Lichtempfangssignals gegenüber einem während der aktiven Erfassung ausgegebenen Lichtempfangssignal ermittelbar ist
und das spektrale Zentrum des an dem aktiven Sensor (AS) empfangenen Bildes unter der Annahme ermittelt wird, daß dieser Unterschied durch das von dem Lichtabgabeelement (40) ausgesendete und dann an dem Objekt reflektierte Licht verursacht ist.

11. Entfernungsmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuerschaltung (50) zum Betreiben der passi­ ven Sensoren (PSA, PSB) während der passiven Erfassung und zum Betrei­ ben des aktiven Sensors (AS) während der aktiven Erfassung, wobei die passive Erfassung zu Beginn erfolgt.

12. Entfernungsmeßeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Erfassung durchgeführt wird, wenn zuverlässige Entfer­ nungsmeßdaten aus der passiven Erfassung nicht verfügbar sind.

13. Entfernungsmeßeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (50) den Pegel der Umgebungshelligkeit erfaßt und die aktive Erfassung durchgeführt wird, wenn dieser erfaßte Pegel gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Pegel ist.