DE3050920C2

DE3050920C2 - Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung eines optischen Systems auf einen Gegenstand

Info

Publication number: DE3050920C2
Application number: DE3050920A
Authority: DE
Inventors: Kunihiko Tokio/Tokyo Araki
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1979-10-31
Filing date: 1980-10-31
Publication date: 1986-07-31
Also published as: DE3041098C2; DE3041098A1; US4387975A

Description

gekennzeichnet durch

e) eine erste Schaltungsanordnung (30—36) zur Verschiebung der Ausgangssignale (b\, In... ^_n) einer Gruppe (Bu B₂... BJ von photoelektrischen Wandlern um eine Folge von unterschiedlichen Werten (J') relativ zu den Ausgangssignalen (au a₂ ... a„) der anderen Gruppe (Au A2... A_n) von photoelektrischen Wandlern, durch

f) eine zweite Schaltungsanordnung (40, 47, 48) zur Bestimmung der Verschiebung (j')_t bei der der Korrelationsgrad (Y\, Y₂) maximal ist, durch

g) die Verstellung des optischen Systems (13) in Abhängigkeit von der Verschiebung (J'), bei der der Korrelationsgrad (Y₁, Y₂) maximal ist, und durch

h) eine Korrektureinrichtung zur Ermittlung von durch die Verschiebung des optischen Systems verursachten Entfernungs-Meßfehlern und zur Korrektur dieser Fehler.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (13) mit vorgegebener, konstanter Geschwindigkeit verschiebbar ist.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des optischen Systems (13) und die Entfernungsmessung gleichzeitig und kontinuierlich erfolgen.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Belichtungssteuer-System für die Werte der Ausgangssignale der photoelektrischen Wandler (A\, A₂ .. .A_n; B₁, B₂,... B_n).

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Belichtungssteuersystem Blendeninformationen für die maximale öffnung bzw. Blende des optischen Systems (13) empfängt, wenn das optische System (13) nicht auf die maximale öffnung eingestellt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Information über die maximale öffnung des optischen Systems (13) durch manuelle Betätigung eines an einem Kameragehäuse angebrachten Anzeigers erfolgt.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Information über die maximale öffnung des optischen Systems (13) zu dem Belichtungssteuersystem automatisch beim An-

bringen des optischen Systems am Gehäuse einer Kamera erfolgt

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Unterbrechung der automatischen Scharfeinstellung und der Belichtungssteuerung und/oder Erzeugung einer Warnanzeige für die Unterbrechung der automatischen Scharfeinstellung und der Belichtungssteuerung in Abhängigkeit von Informationen, die äquivalent zu der Belichtung bei der eingestellten öffnung des optischen Systems (13) sind, wenn die Belichtungsmessung bei der eingestellten öffnung durch die Kamera erfolgt

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtungssteuerung wahlweise mittels der Ausgangssignale der photoelektrischen Wandler (Au... A_n, Bi... B_n) oder mittels des Ausgangssignals eines zur Belichtungsmessung dienenden, photoelektrischen Wandlers erfolgt, der an einer zur Lage der photoelektrischen Wandler äquivalenten Stelle angeordnet ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß das Ausgangssignal des zur Belichtungsmessung dienenden, photoelektrischen Wandlers wahlweise zusammen mit den Informationen benutzt wird, die äquivalent zur Belichtung bei der eingestellten öffnung des optischen Systems (13) sind, wenn die Belichtungsmessung bei der eingestellten öffnung im wesentlichen durch die Kamera erfolgt

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Unterbrechung der automatischen Scharfeinstellung oder zur Erzeugung einer entsprechenden Warnanzeige, wenn das Ausgangssignal des zusätzlichen photoelektrischen Wandlers für die Belichtungsmessung selektiv benutzt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung eines optischen Systems auf einen Gegenstand nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Einrichtung ist aus der DE-AS 39 625 bekannt.

Bei ihr wird das Schärfesignal, das den auf ein ausgewähltes Objekt fokussierten Zustand des Aufnahmeobjektivs angibt, als ein sehr schmales Maximumsignal erzeugt. Dies bedeutet, daß sich der Wert des Signals bei einer bereits geringen unscharfen Einstellung sehr stark ändert, sodaß wirklich nur bei genauer Fokussierung das Signal einen maximalen Wert erreicht. Diese Verfahrensweise impliziert, daß die Steuerung des Fokussierungsvorgangs in Abhängigkeit davon ausgeführt wird, daß das vorerwähnte Maximum erreicht wird. Nachteilig daran ist, daß bei einem Fokussiervorgang, der von einer starken Unscharfe ausgeht, der Scharfeinstellungspunkt überfahren werden kann, wenn die Ein-Stellgeschwindigkeit groß ist. Es wären daher, wie am Ende der genannten Durckschrift angegeben ist, zweckmäßigerweise zuerst eine relativ grobe und anschließende eine feine Feststellung der Schärfeneinstellung durchzuführen, um einerseits eine kleine Einstellzeit zu erzielen, andererseits ein Überfahren des Scharfeinstellpunktes zu vermeiden. Dies erfordert einen entsprechenden schaltungstechnischen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ein-

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richtung der eingangs genannten Art anzugeben, die in In Fig. 1 ist eine Schaltung einer Ausführungsform der Lage ist, eine Scharfeinstellung mit hoher Ge- einer Einrichtung zur automatischen Fokussierung geschwindigkeit ohne Gefahr eines Überfahrens des maß der Erfindung dargestellt In dieser Ausführungs-Scharfeinstellpunktes zu gewährleisten. form werden als photoelektrische Wandler eine Ia-

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden 5 dungsgekoppelte (CCD-) Einrichtung 25 verwendet Die

Merkmale des Anspruchs 1 gelöst Vorteilhafte Weiter- CCD-Einrichtung 25 wird durch eine Steuerschaltung

bildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran- 26 erregt und ein Lichtstrahl, welcher auf die ladungs-

sprüche. gekoppelte Einrichtung 25 auftrifft, wird photoelek-

Die erfindungsgemäße Einrichtung erreicht das ange- trisch umgewandelt und mittels einer Photosensorgrupstrebte Ziel im wesentlichen dadurch, daß ermittelt wird, 10 pe 27 integriert Die photoeiektrisch umgewandelten um welche Strecke das Aufnahmeobjektiv verschoben und integrierten Werte werden dann in paralleler Form werden muß, um den Scharfeinstellpunkt, die Fokussier- an ein Schieberegister 28 übertragen und werden von stellung, zu erreichen, auch wenn sich das Aufnahmeob- diesem in serieller Form abgegeben. Die Ausgangssijektiv in einer beliebigen, stark defokussieren Stellung gnale a\ bis a„ und b\ bis O_n (F i g. 2) der ladungsgekopbefindet Es wird der Korrelationsgrad berechnet, in- 15 pelten Einrichtung 25 werden in einen A/D-Umsetzer dem jeweils der Unterschied zwischen den Ausgängen 29 eingegeben, von diesem in digitale Signale umgesetzt von photoelekirischen Elementpaaren ermittelt, multi- und dann in Speichern 30 und 31 gespeichert In diesem pliziert und integriert wird. Die Fehler, die während der Fall werden die Signale a\ bis a„ der photoelektrischen Entfernungsmessung durch das Verschieben des Auf- Elemente der einen Wandlergruppe in dem Speicher 30 nahmeobjektives erzeugt werden, werden ermittelt und 20 gespeichert, und gleichzeitig werden die Signale b\ bis automatisch korrigiert, sodaß es nicht notwendig ist, die b„ der photoelektrischen Elemente der anderen Wand-Einstellbewegung des Aufnahmeobjektives während lergruppe in dem Speicher 31 gespeichert Die Ausder Entfernungsmessung zu unterbrechen. gangssignale des Speichers 30 werden an einen Speicher

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung 32 und dann an einen Speicher 33 übertragen. Die Auswerden die Ausgänge von den photoelektrischen EIe- 25 gangssignale des Speichers 31 werden an eine Schiebementen als Eingänge in einem Belichtungssteuersystem schaltung 34 übertragen, durch welche die Ausgangssiverwendet wodurch die Entfernungsmessung zum au- gnale des Speichers 31 bezüglich der Ausgangssignale tomatischen Fokussieren und die Belichtungsmessung des Speichers 30 verschoben werden, und werden dann zum Steuern der Belichtung gleichzeitig in der selben an Speicher 35 und 36 übertragen. Die Speicher 30 bis Stellung durchgeführt werden können. Auf diese Weise 30 33, 35 bis 36 sind so ausgelegt, daß in ihnen ein Wort kann die automatische Fokussiereinrichtung preiswert gespeichert werden kann. Wenn das in dem Speicher 33 hergestellt und in der Größe kompakt ausgebildet wer- gespeicherte Signal a,- ist, ist der in dem Speicher 32 den, und obendrein noch ihre Ausführung verbessert gespeicherte Inhalt a, + i, und die Inhalte der Speicher werden. 35 und 36 sind £,-+ \-j bzw. 6,_/, wobei j eine durch die

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme 35 Schiebeschaltung 34 vorgenommene Verschiebung darauf die Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher stellt. Der Unterschied zwischen dem Ausgangssignal erläutert werden. Es zeigt: des Speichers 33 und dem des Speichers 36 wird durch

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltung einer auto- eine differenzbildende Schaltung 37 festgelegt, und das

matischen Fokussiereinrichtung gemäß der Erfindung; Ausgangssignal der Differenzschaltung 37 wird in eine

F i g. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung 40 Multiplizierschaltung 38 eingegeben, in welcher das

des Betriebsbereichs der in F i g. 1 wiedergegebenen Ausgangssignal der Differenzschaltung 37 in die q-te

Schaltung; ' Potenz erhoben wird. Der Ausgang der Multiplizier-

F i g. 3 eine Kurve, in welcher die Beziehung zwischen schaltung 38 wird in eine Integrierschaltung 39 eingege-

Defokussiersignalen und dem Abbildungsabstand eines ben und dort integriert, wodurch dann

Aufnahmeobjektivs dargestellt ist; 45

F i g. 4 eine Kurve, in welcher die Beziehung zwischen Yi = 2 fa,— /),-;)«
unkorrigierten Defokussiersignalen und der Stellung eines Aufnahmeobjektivs dargestellt ist; gebildet ist. Diese Operation wird bezüglich jedes Ver-

F ig. 5 eine graphische Darstellung, welche die Bewe- schiebungswertes j durchgeführt, so daß die Steuer-

gung eines Aufnahmeobjektivs zeigt; " 50 schaltung 26 nacheinander den Verschiebungswert j än-

F i g. 6 ein Ablaufdiagramm, in welchem die Kprrek- dert Eine Scheitelwert-Fühlschaltung 40 bestimmt tür eines Entfernungsmeßfehlers dargestellt ist, welcher Werte nahe den Scheitelwerten der Ausgangssignale durch das Verschieben des Aufnahmeobjektes in einer der Integrierschaltung 39, und die entsprechenden VerEinrichtung gemäß der Erfindung hervorgerufen wird; schiebungswerte j (min)— 1, j (min) und j (min)+ 1.

F i g. 7 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausfüh- 55 Andererseits wird die Differenz zwischen dem Aus-

rungsform der Erfindung; gangssignal des Speichers 30 und dem des Speichers 35

F i g. 8 eine schematische Rückansicht eines Aufnah- durch eine differenzbildende Schaltung 41 gebildet, und

meobjektivs, welches mit Einrichtungen zum Eingeben der Ausgang der Differenzschaltung 41 wird in eine

einer A Vo-Information in F i g. 7 versehen ist; Multiplizierschaltung 42 eingegeben, durch die der Aus-

F i g. 9 eine schematische kameraseitige Vorderen- 60 gang der Differenzschaltung 41 in die p-le Potenz erho-

sicht des Aufnahmeobjektivs, welches mit Einrichtun- ben wird. Ferner wird der Unterschied zwischen dem

gen zum Eingeben einer A Vo-Information in F i g. Tver- Ausgangssignal des Speichers 32 und dem des Speichers

sehen ist; 36 durch eine Differenzschaltung 43 ermittelt. Der Aus-

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausfüh- gang der Differenzschaltung 43 wird in eine Multipli-

rungsform der Erfindung; und 65 zierschaltung 44 eingegeben, in welche dieser Ausgang

F i g. 11 eine schematische Darstellung der Anord- in die p-te Potenz erhoben wird. Der Unterschied zwi-

nung der photoelektrischen Elemente in den in F i g. 7 sehen dem Ausgang der Multiplizierschaltung 44 und

bis 9 wiedergegebenen Ausführungsformen. dem der Multiplizierschaltung 42 wird durch eine Diffe-

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renzschaltung 45 festgelegt. Der Ausgang der Diffe- verfahren wählt die Steuerschaltung 26 einen Wert /₂ renzschaltung 45 wird durch eine Integrierschaltung 46 aus. Normalerweise wird ein Wert /i gewählt, welcher integriert, wodurch dann erhalten wird: dem Minimumwert Yp entspricht.

Wenn der Scheitelwert durch die Schaltung 40 ermit-

Yi = 2{(^a'— to+tj)P—(ai₊\ — bi-j)p\ 5 telt wird, wird die Verschiebungsrichtung der durch die

Schiebeschaltung 34 zu verschiebenden Signale b\ bis b„

Diese Operation wird bezüglich jedes Verschiebungs- durch die Steuerschaltung 26 entsprechend der Zu- oder wertes/durchgeführt. Eine den Nulldurchgang feststel- Abnahme der Ausgänge Y\ der Integrierschaltung 39 lende Schaltung 47 ermittelt Werte in der Nähe von null festfelegt, was durch Verschieben der Signale b\ bis b„ des Ausgangssignals der Integrierschaltung 46, und die io um eine Stufe festgestellt wird. Wenn der Nulldurchentsprechenden Verschiebungswerte ,/'(>0) und gang mittels der Schaltung 47 festgestellt wird, kann die /(^ 0). Verschiebungsrichtung festgesetzt werden, um so die

Durch eine /-Operationsschaltung 48 werden der Verschiebungsstrecke mittels der Steuerschaltung 26 zu Wert /und der Wert ΥΊ (/Ί, Vy₁₁) in der Scheitelstellung verringern, indem die Polarität (positiv oder negativ) und der Wert /₂ des Wertes / bei der Nulldurchgangs- 15 des Wertes Y₂ beurteilt wird, ohne die Signale b\ bis b„ stelle aus den Ausgängen einer den Scheitelwert ermit- zu verschieben,(selbst wenn/ = 0 ist), feinden Schaltung 40 und aus den Ausgängen der den Bei der zweiten Entfernungsmessung und bei folgcn-

Nulldurchgang ermittelnden Schaltung 47 erhalten. den Entfernungsmessungen, bei welchen sich die Stel-Oder anders ausgedrückt, bezüglich der Ausgänge der lung des Aufnahmeobjektivs von der bei der ersten Entden Scheitelwert ermittelnden Schaltung 40, nämlich 20 fernungsmessung unterscheidet, da der Verschiebungs- (j(min)— 1, Y/min)—\, (j(min), Y/min)), (j(min) + 1, wert/ nicht größer als der vorherige Verschiebungs- Y/min) + 1), wird eine durch eine quantitative Nähe- wert wird, solange das Aufnahmeobjektiv in der Scharfrungskurve dargestellte quadratische Kurve einstellrichtung bei der ersten Entfernungsmessung ver

schoben wird, kann der maximale Verschiebungswert

Y = Cp + Dj + E 25 mittels der Steuerschaltung 26 bestimmt werden. Folg

lich kann durch Festlegen der Verschiebungsrichtung

aus den vorerwähnten Werten durch die /-Operations- und der Verschiebungsstrecke die Bedienungsgeschaltung 48 erhalten, und der Wert / und der Wert /1 schwindigkeit erhöht werden.

von Die Steuerschaltung 26 dient dazu, eine Defokussier-

30 strecke e von dem auf diese Weise ausgewählten Wert/

Y_t (= - D \ und einem Blendenwertsignal zu bestimmen, welches

V 2 C J von einem Blendenwert-Einstellteil 50abgegeben wird,

und um die festgestellte Defokussierstrecke e auf einer

in deren Scheitelwertstellung und Yj,\ werden berech- Anzeigeeinrichtung 51 anzuzeigen, wobei die Defokusnet; bezüglich der Ausgänge der den Nulldurchgang 35 sierstrecke e in einem Dekrementzähler 52 eingestellt ermittelnden Schaltung 47, nämlich £/(ä 0), YJ(δ 0) und wird, ein Drehrichtungssignal und ein Geschwindig- (A - 0). Yh = O)) werden sie linearer angenähert, so daß keitssignal in einer Motor-Steuerschaltung 53 eingegeben und ein Motor 54 angetrieben wird, wodurch das

;(>Q) - /(<0) Aufnahmeobjektiv 13 verschoben wird. Ein Impulsge-

j'i ⁼ j (=0) - ^x ^ (ä°) 40 nerator 55 gibt Impulse ab, deren Anzahl proportional ' ' >' t= ' zu der Verschiebungsstrecke des Aufnahmeobjektivs 13

berechnet wird. ist, und der Dekrementzähler wird durch die abgegebe-

Bezüglich des dreidimensionalen Gegenstandes erge- nen Impulse dekrementierL Wenn der Dekrementzähben sich eine Vielzahl von/1-Werten. Wenn die Ausfüh- ler 52 0 anzeigt, gibt er ein Stoppsignal an die Motorrung so ist, daß je weiter weg der Gegenstand ausge- 45 Steuerschaltung 53 ab die den Motor 54 anhält, so daß macht wird, der Wert /1 kleiner wird, nämlich das Aufnahmeobjektiv 13 in der Fokussierstellung an-/i_i >/i_2> ... /i_n und ein kleiner /-Wert gewählt gehalten wird. Entsprechend dem von dem Blendwertwird, kann der Scharfeinstellpunkt eines fernen Gegen- Einstellteil 50 erzeugten Signal korrigiert die Steuerstandes bestimmt werden, während, wenn ein großer schaltung 26 ein Defokussiersignal, oder die Anzahl der Wert/i gewählt ist, der Scharfeinstellpunkt eines nahen 50 von dem Impulsgenerator 55 zu erzeugenden Impulse, Gegenstandes bestimmt werden kann. Ferner kann welche der Verschiebungsstrecke des Aufnahmeobjekdurch Auswählen des Minimums Yß mittels der Steuer- tivs 13 entspricht, wird so gesteuert, daß die Beziehung Schaltung 26 der Wert /1 mit dem maximalen Korrela- zwischen / und e unabhängig von einer Veränderung tionsgrad gewählt werden. Der Wert/2 stellt die Durch- der Blendenstellung konstant gemacht wird. Während Schnittsstellung der Verteilung von fernen und nahen 55 der Scharfeinstellung bewirkt die Steuerschaltung 26, dreidimensionalen Gegenständen dar. Wenn drei Be- daß eine Warneinrichtung 56 ein Warnsignal anzeigt, triebsarten oder Verfahren, nämlich ein Fern-, ein Nah- Die Ausgangssignale des Speichers 36 werden durch

und ein Durchschnittsverfahren als Entfernungsmeß- die Integrierschaltung 57 integriert, und der integrierte verfahren vorgesehen sind, um den Fokussier- oder Wert wird durch die Anzahl Signale / durch eine Tei-Scharfeinstellpunkt zu erhalten, kann der Wert / durch 60 lungsschaltung 58 geteilt, d. h. es wird die Operadie Steuerschaltung 26 entsprechend jedem Betriebsart- tion 2 bi/i durchgeführt, so daß die Helligkeit des Ge-Einstellsignal von einem Entfernungsmaßart-Einstellteil genstandes gemessen wird. Die Steuerschaltung 26 49 erhalten werden, so daß die automatische Fokussie- steuert die Integrationszeit der ladungsgekoppelten rung bei jedem Gegenstand erzielt werden kann. Bei (CCD-)Einrichtung 25 entsprechend dem Ausgangssidem sogenannten Fernverfahren wählt die Steuerschal- 65 gnal von der Teilschaltung 58, und berechnet gleichzeitung 26 einen kleinern /i-Wert aus, während bei dem tig die Belichtung, indem eine photometrische Belichsogenannten Nahverfahren die Steuerschaltung 26 ei- tungssteuerung entsprechend dem Ausgang der autonen größeren/i-Wert auswählt Bei dem Durchschnitts- matischen Belichtungsschaltung 59 angelegt wird. In

dem optischen TTL-Fokussierpunkt-Feststellsystem wird die folgende Beziehung zwischen/ und eerhalten:

2 0,.

wobei

D = J- φ 20 x/

und Fder Blendenwert bei der Messung der Entfernung, D der effektive Durchmesser der Austrittspupille bei der Entfernungsmessung, /die Brennweite des Aufnahmeobjektivs und 2Fder Winkel des Kegels ist, der den Fokussierpunkt mit dem Umfang der Austrittspupille verbindet. Die Defokussierstrecke e ist die Strecke von der Fokussier- oder Scharfeinstellebene Pzu der Fokussier-Bestimmungsebene PD.

Wenn die Fokussierstellung nicht geändert, aber die Blende F von Fi auf F₂ geändert wird, dann wird auch der Wert / geändert. Wenn beispielsweise F₂ > Fi ist, nimmt der Wert/ ab. Wenn andererseits die Fokussierstellung bei der Blende Fi sich von der bei der Blende F₂ unterscheidet, und wenn der Wert / konstant ist, wird die Defokussierstrecke e von

ei = / χ Fi zu e₂ = / χ F₂.

Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen kann gesagt werden, daß das Defokussiersignal aus dem Wert / erhalten wird, und sich folglich das Defokussiersignal ändert, wenn sich der Wert infolge einer Blendenwertveränderung ändert.

Das Ändern der Blende ist eine der Funktionen der automatischen Fokussierungseinrichtung, damit die Lichtstrahlen bei der Messung der Entfernung in Abhängigkeit von der Blende des Aufnahmeobjektivs 13 nicht ausgeschlossen werden oder die Einstellgenauigkeit beispielsweise entsprechend dem Biendenwert zum Zeitpunkt der Aufnahme geändert wird, welcher durch die automatische Belichtungssteuerung eingestellt ist

Die Beziehung zwischen dem Defokussiersignal und dem Abbildungsabstand des Aufnahmeobjektivs kann dadurch konstant gemacht werden, daß das Defokussiersignal mit F₂/Fi bei dem F₂-Betrieb multipliziert wird, wodurch dieselbe Beziehung zwischen dem Defokussiersignal und dem Abbildungsabstand des Aufnahmeobjektivs wie bei dem F—Betrieb erhalten werden kann. Dasselbe kann auch dadurch erhalten werden, daß die Anzahl der von dem Impulsgenerator zu erzeugenden Impulse geändert wird, indem die Verschiebungsstrecke des Aufnahmeobjektivs bestimmt wird, oder indem die Verstärkung der Motorsteuerschaltung 53 bezüglich des Defokussiersignals geändert wird.

Wenn das Aufnahmeobjektiv während der Entfernungsmessung nicht verschoben wird, verläuft das dem Wert/ entsprechende Defokussiersignal parallel zu der Objektiv-Abbildungsstrecke, wie durch eine ausgezogene Linie in F i g. 3 dargestellt ist Wenn jedoch das Aufnahmeobjektiv während der Enfernungsmessung angetrieben, d. h. verschoben wird, sind in dem Defokussiersignal Fehler enthalten, und folglich weicht der Wert des Fokussiersignals aufgrund der Verschiebung des Objektivs während der Entfernungsmessung von dem richtigen Wert ab. Die Fehler des Defokussiersignals weisen den Fehler^i /λ entsprechend der Verschiebungsstrekke ei des Aufnahmeobjektivs während der Integrations

zeit der CCD-Einrichtung für eine Entfernungsmessung und den Fehler Δγι entsprechend der Verschiebungsstrecke Δει des Aufnahmeobjektivs während der Zeitdauer /o auf, welche erforderlich ist, um das Defokussiersignal aus den Ausgangssignalen der CCD-Einrichtung zu berechnen, wobei α ein Wert ist, welcher durch Ändern der Verschiebungsgeschwindigkeit des Aufnahmeobjektivs festgelegt ist. Wenn das Aufnahmeobjektiv mit konstanter Geschwindigkeit verschoben wird, weist das Defokussiersignal den Fehler auf, der

zuzuschreiben ist, wie durch die abwechselnd lang — kurz — kurz gestrichelte Linie in Fig.3 dargestellt ist. Wenn darauf geachtet werden kann, daß Je₂ = 0 ist, weist das Defokussiersignal den Fehler Δβ\ΙΪ auf, wie durch die lang-kurz-gestrichelte Linie in F i g. 3 dargestellt ist. Folglich ist der richtige Wert yo der Strecke:

= γ—{Δγ\Ι«

0)

wobei γ die durch das Defokussiersignal gemessene Strecke ist. Folglich kann die Verschiebung des Aufnahmeobjektivs durch Bestimmen des richtigen Wertes γο aus dem gemessenen Wert y mit Hilfe der Gl. (1) festgelegt werden, wobei die Entfernungsmessung durchgeführt werden kann, während das Aufnahmeobjektiv verschoben wird, sodaß die zum Scharfstellen erforderliche Zeit verkürzt werden kann.

In F i g. 4 ist die Beziehung zwischen einem Defokussiersignal, dessen Fehler nicht korrigiert sind, und der Stellung des Aufnahmeobjektivs dargestellt Wenn das Aufnahmeobjektiv stillsteht, gibt das Defokussiersignal den richtigen Wert γ an, wie durch die gestrichelte Linie in F i g. 4 dargestellt ist. Während der Verschiebung des Aufnahmeobjektivs weist jedoch das Defokussiersignal Fehler auf, wie durch die ausgezogene Linie angezeigt ist (außer in dem Bereich, wo sich die Teile der ausgezogenen und gestrichelten Linie überdecken). In F i g. 5 ist ein Diagramm der Objektiv -Verschiebung in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Wie durch die gestrichelten Pfeile dargestellt, läuft, wenn das Defokussiersignal nicht korrigiert ist das Aufnahmeobjektiv über die Fokussierstellung mindestens einmal hinweg, so daß das Scharfstellen viel Zeit beansprucht. Wenn dagegen das Defokussiersignal korrigiert ist, überfährt das Aufnahmeobjektiv die Fokussierstellung nicht wie durch den ausgezogenen Pfeil dargestellt ist, so daß die zum Scharfeinstellen erforderliche Zeit verkürzt werden kann.

In F i g. 6 ist ein Teil der Arbeitsweise der vorerwähnten Einrichtung dargestellt. Während des Betriebs wird ein Objektiv-Verschiebungssignal V_s zuerst rückgesetzt, und die Entfernungsmessung wird durchgeführt während das Objektiv stillsteht, und der gemessene Wert V wird als das Defokussiersignal V gespeichert. Wenn der Wert des Defokussiersignals V null ist bedeutet dies, daß sich das Aufnahmeobjektiv in der Fokussierstellung befindet und infolgedessen wird auf den nächsten Schritt das Auslösen der Kamera, übergegangen. Wenn der Wert des Defokussiersignal nicht null ist, wird die Polarität des Defokussiersignals festgestellt, und das Verschiebungssignal V₁ wird um einen Schritt verschoben, und das Aufnahmeobjektiv wird, je nach Polarität des Signals herausgezogen oder zurückgeschoben. Wenn V gleich V ist und kein unterschiedlicher Meßwert in die Steuerschaltung 26 eingegeben worden ist,

wird das Aufnahmeobjektiv verschoben, bis V₅ gleich V wird. Wenn eine andere gemessene Entfernung in die Steuerschaltung 26 eingegeben wird und V nicht gleich V wird, dann ist dieser gemessene Entfernungswert der Wert, der während der Verschiebung des Aufnahmeobjektivs erhalten worden ist, und folglich wird eine Korrektur von V— V2/2 durchgeführt, um so V = V zu erhalten. Wenn V null ist, wird wieder auf den ersten Schritt übergegangen. Wenn jedoch V nicht null ist, wird angenommen, daß V₅ = 0 ist und es wird die Polarität von V festgestellt, so daß das Verschiebungssignal Vs um einen Schritt verschoben wird und das Aufnahmeobjektiv bewegt bzw. verschoben wird. Wenn

V + VJl = V

ist und die nächste gemessene Entfernung bzw. Strecke nicht eingegeben worden ist, wird das Aufnahmeobjekt bewegt, bis V₅ gleich V wird. Wenn die nächste gemessene Entfernung eingegeben wird, wird der gemessene Wert korrigiert, und der vorbeschriebene Vorgang wird wiederholt

In herkömmlichen selbsfokussierenden Kameras und in Kameras mit einer automatischen Belichtungsmessung sind das Enfernungsmeßgerät zum Bestimmen der Fokussierstellung und ein photoemtrisches System zum Steuern der Belichtung in den Kameras getrennt vorgesehen. Infolgedessen sind die Kameras teuer und es ist schwierig, ihre Größe zu verringern. Das photometrische System zum Steuern der Belichtung ist im allgemeinen das sogenannte TTL-System, bei welchem Licht benutzt wird, das durch das Aufnahmeobjektiv hindurchgeht. Als Systeme zum automatischen Steuern der Belichtung werden eine Vielzahl von komplizierten Systemen verwendet, wie beispielsweise ein automatisches Belichtungssystem mit Blendenautomatik, ein automatisches Belichtungssystem mit Zeitautomatik und ein Programmsystem.

In F i g. 7 ist ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur automatischen Fokussierung und Belichtungssteuerung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dargestellt.

In dem Blockschaltbild wird die Helligkeit JSV eines Gegenstandes mittels einer photoelektrischen Elementanordnung 62, beispielsweise einer ladungsgekoppelten Einrichtung, gemessen, die in einer automatischen Fokussierungseinrichtung 61 angeordnet ist Die auf diese Weise gemessenen Daten werden dann mittels eines Schieberegisters 62 einer Selbstabtastung unterzogen und werden dann in einer Halteschaltung 64 gespeichert Die gespeicherten Daten werden dann an eine Autofokus-Steuerschaltung 65 angelegt wo sie verarbeitet werden. Die Ergebnisse werden dann auf einer Anzeigeeinrichtung, 66 dargestellt Aufgrund dieser Ergebnisse wird dann das Aufnahmeobjektiv 13 mittels der Motorsteuereinnchtung 67 in die Fokussierstellung vorgeschoben oder zurückgezogen. Ferner wird ein Integrationswert 68 aus den Ausgangssignalen der photoelektrischen Elemente der Gruppe S berechnet, welche in der Halteschaltung 64 gespeichert werden und es wird dann der Durchschnittswert 69 des Ausgangs der photoelektrischen Elemente der Gruppe B aufgrund des Integrationswertes 68 gemessen. Der Durchschnittswert 69 wird dann mittels einer Pegelbestimmungsschaltung 70 mit einem Bezugswert verglichen. Wenn der Durchschnittswert 69 kleiner als der Bezugswert ist wird ein Zeitsignal in das Schieberegister 63 eingegeben, und die Ausgangssignale der Halteschaltung 64 werden auf einen Pegel verstärkt, der zum Betreiben der Fokussierungseinrichtung erforderlich ist.

Da der Ausgang der Pegelbestimmungsschaltung 70 im wesentlichen ein Signal ist, das die Helligkeit des Gegenstandes anzeigt, wird der Ausgang der Pegelbe-Stimmungsschaltung 70 in eine automatische Belichtungssteuerschaltung 72 eines Belichtungssteuersystems 71 eingegeben. In der Schaltung 72 sind eine photometrische Information 73, nämlich die Filmempfindlichkeit SV ins ASA, die Verschlußgeschwingigkeit TV, ein Blendenwert AV₀ bei maximaler Blende und ein Blendenwert A V bei der Aufnahmeblende — dem Blendenwert AVo bei der maximalen Blende vorher gespeichert Entsprechend der Einstellung auf automatischen Belichtungsbetrieb 74 wird einer der Werte in der photometrtschen Information 73 ausgewählt, wird dann in der automatischen Belichtungssteuerschaltung 72 verarbeitet und von dieser abgegeben. Oder anders ausgedrückt, wenn die automatische Belichtungssteuerung ein programmierter Betrieb ist, werden die Werte SV und A Vo ausgewählt und verwendet und die Werte TV und Λ V werden abgegeben. Wenn bei der Belichtungssteuerung eine Zeitautomatik vorgesehen ist, werden die Werte 5Vund A V—A Vo ausgewählt und verwendet, und der Wert TV wird abgegeben. Wenn dagegen bei der Belichtungssteuerung eine Blendenautomatik vorgesehen ist, werden die Werte SV TV und A V₀ ausgewählt und verwendet, und der Wert A V wird abgegeben. Die Ausgangssignale TV und A V werden in eine Verschlußgeschwindigkeit-Steuereinrichtung 75 bzw. eine Blendensteuereinrichtung 76 eingegeben, wodurch ein Verschluß- und ein Blendenmechanismus betätigt werden und die entsprechende Verschlußgeschwindigkeit und Blende in der Kamera eingestellt werden. Diese Werte werden dann in einer Anzeigeeinrichtung 77, beispielsweise einem Sucher, angezeigt.

Wenn ein Aufnahmeobjektiv für Kameras mit Zeitautomatik gemäß der Erfindung verwendet wird, weist ein derartiges Aufnahmeobjektiv die folgende Schwierigkeit auf: Das Aufnahmeobjektiv in einer Kamera mit Zeitautomatik enthält an sich eine Information A V— A V₀. Folglich ist die Information, die zwischen dem Aufnahmeobjekt und dem Gehäuse der mit einer Zeitautomatik versehenen Kamera übertragen wird, nicht der Blendenwert A V bei der Aufnahmeblende des Aufnahmeobjektivs, sondern der Wert AV-AV₀. Mit anderen Worten, die Information um wieviele Schritte (Belichtung EV) die Blende gegenüber der maximalen Blende verkleinert werden sollen, wird zwischen dem Aufnahmeobjektiv und dem Kameragehäuse übertragen.

Wenn daher der Wert der Maximalblende durch Auswechseln des Aufnahmeobjektivs geändert wird, ändert sich selbstverständlich die Belichtung, und derartige Änderungen führen zu einer Änderung am Ausgang der lichtaufnehmenden Elemente.

Wenn angenommen wird, der Ausgang jedes lichtaufnehmenden Elements entspricht der Gegenstandshelligkeit BV, ist die Operationsgleichung für ein System mit Zeitautomatik folgende:

(BV-AV₀) + SV= TV+ (AV-AV₀)

Andererseits ist in einer Entfernungsmeßeinrichtung mit aufgeteilter Pupille jedes leichtaufnehmende Element so angeordnet daß Licht von dem Umfangsteil der Austrittspupille in dem Bereich aufgenommen wird, in welchem das Licht bei der maximalen Blende des Aufnahmeobjektivs nicht behindert bzw. abgedeckt wird. Selbst wenn sich die Blendenzahl A V₀ bei der maxima-

len Blende des Aufnahmeobjektivs ändert, ändert sich infolgedessen nicht der Ausgang jedes lichtaufnehmenden Elements. Folglich ist die Operationsgleichung für dieses System folgende:

BV+ SV = TV+ AB

Da sich die Operationsgleichung für das herkömmliche Objektiv mit Zeitautomatik von der für ein Aufnahmeobjektiv mit Pupillenaufteilung unterscheidet, kann die Belichtungsmessung bei einer Pupillenaufteilung bei Verwendung eines Aufnahmeobjektivs mit Zeitautomatik nicht durchgeführt werden, wenn nicht irgendeine Änderung vorgenommen wird. Damit eine Belichtungsmessung auch bei dem Pupillenaufteilungsverfahren durchgeführt werden kann, wenn ein Aufnahmeobjektiv mit Zeitautomatik verwendet wird, wird die Information A V₀ in die automatische Belichtungssteuerschaltung 72 eingegeben, um dadurch die Information AVo aus der Information AV-AV₀ des Aufnaheobjektivs mit Zeitautomatik zu eliminieren, wie durch die folgende Gleichung gezeigt ist:

BV+ SV= TV + (A V-A V₀) + AV₀

Die Information A V₀ wird in die automatische Belichtungssteuerschaltung 72 beispielsweise dadurch eingegeben, daß eine am Gehäuse der Kamera angebrachte Anzeigescheibe von Hand betätigt wird. Es ist jedoch vorteilhafter, wenn die Information automatisch in die automatische Belichtungssteuerschaltung 72 eingegeben wird, wenn ein Aufnahmeobjektiv in das Kameragehäuse eingesetzt wird. Hierbei kann folgendermaßen vorgegangen werden: Wie in Fig.8 dargestellt, ist ein Stift 82 zum Voreinstellen der Information A V₀ zusätzlich an dem Aufnahmeobjektiv an einer Stelle angebracht, die um einen Drehwinkel θ bezüglich eines Hebels 81 zum Voreinstellen der Information AV-AV₀ verdreht ist. Genauso kann, wie in F i g. 9 dargestellt ist, ein Hebel 84 zum Eingeben der Information AV₀ zusätzlich an dem Kameragehäuse an einer Stelle angebracht werden, die um einen Drehwinkel θ von einem Hebel 83 zum Eingeben einer Information AV-AV₀ entfernt ist, wodurch dann die Information

AV-AV₀ + AV₀ = AV

automatisch an die automatische Belichtungssteuerschaltung 72 übertragen wird, wenn das Aufnahmeobjektiv in das Kameragehäuse eingesetzt und um den Dreh winkel θ verdreht wird.

Wie oben ausgeführt, kann in dem Entfernur.gsmeßsystem mit einer aufgeteilten Pupille eine Belichtungsmessung nur mit der maximalen Blende und nicht mit einer Aufnahmeblende durchgeführt werden. Wenn daher ein Aufnahmeobjektiv ausschließlich für eine Belichtungsmessung mit einer Aufnahmeblende verwendet wird und wenn eine Belichtungsmessung mit der Aufnahmeblende im wesentlichen zur Kontrolle oder für eine Nahaufnahme vorgenommen wird, kann die Belichtungs- und Entfernungsmessung nicht richtig durchgeführt werden. In diesem Fall wird daher der Betrieb der Autofokussier-Steuerschaltung und der automatischen Belichtungssteuerschaltung gesperrt, was durch eine Warnung angezeigt wird. Bei der in F i g. 7 dargestellten Ausführungsform wird eine Information 78, die einer Belichtung mit der Aufnahmeblende äquivalent ist, in einen Signalgenerator 79 eingegeben, und dessen Ausgang wird in die automatische Belichtungssteuerschaltung 72 und in die Autofokussier-Steuerschaltung 65 eingegeben, wodurch dann der Betrieb dieser Schaltung gesperrt wird, und die entsprechende Warnung auf den Anzeigen 77 und 66 angezeit wird. Das Sperren dieser Schaltung kann durch ein Blockieren des Auslösers vorgenommen werden.

Die Belichtungsmessung mit aufgeteilter Pupille ist ihrem Wesen nach eine punktförmige Belichtungsmessung. Eine mittelwertbildende Belichtungsmessung und eine punktförmige Belichtungsmessung haben jeweils ihre Vor- und Nachteile. Einige Photographen bevorzugen jedoch die mittelwertbildende Belichtungsmessung gegenüber der punktförmigen Belichtungsmessung.

Wenn die mittelwertbildende Belichtungsmessung eingestellt ist, ist die durch eine punktförmige Belichtungsmessung ermittelte Fokussierstellung verriegelt, und entsprechend einem Belichtungsmeßsignal wird eine Streuscheibe vor die lichtaufnehmende Elementanordnung gebracht, so daß diese Elementanordnung Licht von der ganzen Fläche der Austrittspupille erhält.

Eine wirkliche Belichtungsmessung bei der Aufnahmeblende kann wie eine übliche Belichtungsmessung bei der Aufnahmeblende und eine sogenannte Mittelwert-Belichtungsmessung vorgenommen werden, wenn bei der Erfindung zusätzliche lichtaufnehmende Elemente ausschließlich für eine Belichtungsmessung verwendet werden. Für die Entfernungsmessung werden dann die lichtaufnehmenden Elemente der automatisehen Fokussierungseinrichtung des Pupillenaufteilungstyps verwendet, während für die Belichtungsmessung entweder die vorerwähnten lichtaufnehmenden Elemente der Fokussierungseinrichtung oder die zusätzlichen lichtaufnehmenden Elemente ausgewählt werden.

In Fig. 10 ist ein derartiges automatisches Belichtungssteuerungssystem 91 dargestellt. In F i g. 10 ist das Autofokussiersystem 61 dasselbe wie in Fig.7. Der Ausgang einer Anordnung 92 von zusätzlichen lichtaufnehmenden Elementen, welche beispielsweise Siliziumphotodioden sind, welche genauso angeordnet sind wie die lichtaufnehmenden Elemente in dem Autofokussier-Steuersystem 61 in Fig.7, wird zusammen mit dem Ausgang von einem Pegeldetektor 70 des Autofokussiersteuersystems 61 in einen Multiplexer 93 eingegeben, so daß entweder der Ausgang der Anordnung 92 aus zusätzlich lichtaufnehmenden Elementen oder der Ausgang von dem Pegeldetektor 70 in dem Multiplexer 93 ausgewählt wird und dann an die automatische Belichtungssteuerschaltung 72 abgegeben wird. Wie oben erwähnt, kann die photometrische Information 73 voreingestellt werden, und die notwendige Information wird dann entsprechend dem einen automatischen Belichtungsbetrieb anzeigenden Signal 74 gewählt, so daß ein Verschlußgeschwindigkeitssignal und/oder Blendensignal in die entsprechenden Steuersysteme 75, 76 eingegeben wird.

Folglich kann mit dem automatischen Belichtungssteuersystem bei welchem die zusätzlichen lichtaufneh- menden Elemente 92 benutzt werden, dieselbe Belichtungsmessung wie mit der TTL-Belichtungsmessung für die herkömmliche automatische Belichtungssteuerung durchgeführt werden, und infolgedessen kann eine Belichtungsmessung bei maximaler Blende, eine Belichtungsmessung mit der Aufnahmeblende, die mittelwertbildende Belichtungsmessung und eine punktförmige Belichtungsmessung durchgeführt werden. Da jedoch das Autofokussier-Steuersystem 61 die Belichtungsmes-

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sung bei maximaler Blende und eine puiiktförmige Belichtungsmessung vornimmt, wird in dem Belichtungssteuersystem 91 vorzugsweise die Belichtungsmessung mit der Aufnahmeblende und die mittelwertbildende Belichtungsmessung angewendet Natürlich kann die punktförmige Belichtungsmessung auch in dem Belichtungssteuersystem 91 angewendet werden, wenn die punktförmige Belichtungsmessung, welche nicht für das Autofokussier-Steuersystem vorgesehen ist, angewendet wird. Das Schalten der BelichtungsmeBart von einer Belichtungsmessung mit maximaler Blende durch das Autofokussier-Steuersystem 61 auf die Belichtungsmessung mit dem Aufnahmeobjektiv durch das Belichtungssteuersystem 91 kann mittels des Multiplexers 93 entsprechend dem Ausgang des Signalgenerators 79 durchgeführt werden, in welchen die Information 78, die einer Belichtung bei der Aufnahmeblende äquvalent ist, eingegeben worden ist Die Operationsgleichung für den vorerwähnten Betrieb ist

20 (BV-AV)+ SV= TV

Da in diesem Fall die richtige Entfernungsmessung mittels des Autofokussier-Steuersystems 61 unmöglich wird, wird diese Information von dem Signalgenerator 79 an die Autofokussier-Steuerschaltung 65 übertragen, so daß der Betrieb der Autofokussier-Steuereinrichtung 65 gesperrt ist und eine diesbezügliche Warnung angezeigt wird. Folglich wird das Umschalten der Meßart von einer mittelwertbildenden Belichtungsmessung auf eine punktförmige Belichtungsmessung und umgekehrt mittels eines Signalausgangs von dem Signalgeber 79 durchgeführt, durch welches Signal dann die entsprechende Belichtungsmeßart 94 angezeigt wird. Wie in Fig. Ii dargestellt kann durch Anordnen des Autofokussier-Steuersystems 61 und des Belichtungssteuersystems 91 an einer optisch äquivalenten Stelle in der Weise daß sie in einem Mischbaustein 95 integriert sind, die automatische Fokussierungseinrichtung kompakt ausgebildet werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung eines optischen Systems auf einen Gegenstand

a) mit einem optischen Element für die Aufteilung der an dem Gegenstand reflektierten Lichtstrahlen in mindestens zwei Teilstrahlen,

b) mit mindestens zwei in der Bildebene des optischen Systems angeordneten Gruppen von photoelektrischen Wandlern für die Teilstrahlen,

c) mit einer Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Korrelationsgrades zwischen den Ausgangssignalen der beiden Gruppen von photoelektrischen Wandlern, und

d) mit einer Auswertschaltung zur Ermittlung des Einstellzustandes aus dem Korrelationsgrad,