DE3110773A1

DE3110773A1 - Entfernungsmesssystem

Info

Publication number: DE3110773A1
Application number: DE19813110773
Authority: DE
Inventors: Akira Kawasaki Kanagawa Takahashi
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1980-03-19
Filing date: 1981-03-19
Publication date: 1981-12-24
Also published as: US4518253A; DE3110773C2; JPS56130608A

Description

Anwaltsakte; 31 481

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Entfernungsmeßsystem für Kameras oder andere optische Einrichtungen»

Als herkömmliche Entfernungsmeßsysteme, welche die Entfernung · von einem Gegenstand zu einer Kamera u.a. durch Fühlen des von dem Gegenstand reflektierten Lichts mit Hilfe von photoelektrischen Elementen festlegen, sind ein Raumfrequenz-Fühlsystem (ein Kontrastfühlsystem), ein Doppelbild-überdeckungssystem (trigonometrisches Meßsystem) sowie ein Verzögerungs-Meßsystem bekannt. Bei dem Raumfrequenz-Fühlsystem wird im allgemeinen die Feststellung des Grenzwertes der Raumfrequenz benutzt. Bei diesem System wird ein Neigungseffekt eines photoelektrischen Elements ausgenutzt, d.h. die Erscheinung, daß der elektrische Widerstand des photoelektrischen Elements den Grenzwert aufweist, wenn das Bild des Gegenstandes scharf eingestellt ist. Bei dem Doppelbild-Überdekkungssystem wird das Bild des Gegenstandes durch ein Paar photoelektrischer Elemente festgestellt, und es wird die Entfernung zu dem Gegenstand durch Ändern des Bildwinkels eines photoelektrischen Elements gemessen, wobei eine Spiegelabtastung durchgeführt wird, um den Punkt festzustellen, an X'/elchem sich die beiden Bilder vollständig überdecken. Dies System ist beispielsweise in der japanischen Patentschrift

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Nr. 46-028 500 und in der US-PS 3 274 914 beschrieben. Das Honeywell-Entfernungsmeßsystein gehört hierzu. Ein Beispiel für das Verzögerungs-Meßsystem, bei welchem der Abstand zwischen dem Gegenstand und einem vorbestimmten Punkt durch Messen der Zeit gemessen wird, die eine Ultraschallwelle benötigt, um den Punkt von dem Gegenstand aus zu erreichen und von dem Gegenstand zu dem Punkt wieder zurückzukehren, ist in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 47-048 408 beschrieben.

Die photoelektrischen Elemente für das Raumfrequenz-Fühlsystem sind teuer und in demSystem muß eine komplizierte Signalverarbeitung vorgenommen werden. Das Doppelbild-Überdeckungssystem weist einige mechanische Elemente für die Spiegelabtastung und weist eine Begrenzung bezüglich des für die Grundlinie erhaltenen Raums auf. Das Verzögerungs-Meßsystem erfordert einen Ultraschallgenerator, welcher ziemlich groß und teuer ist.

Die Erfindung soll daher ein Entfernungsmeßsystem schaffen, das die Entfernung von dem Gegenstand zu einem vorbestimmten Punkt durch Messen der von dem Gegenstand reflektierten Lichtstärke mißt, dessen mechanischer Aufbau einfach ist, ohne daß irgendeine mechanische Betätigung erforderlich ist, das bezüglich des erforderlichen Raums vorteilhaft und insgesamt preiswert ist. Ferner soll gemäß der Erfindung ein Entfernungsmeßsystem geschaffen werden, bei welchem das von dem

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Gegenstand reflektierte Licht und externes Licht unterschieden werden kann,und bei welchem die Entfernung von dem Gegenstand zu einem Punkt unabhängig von der Stärke des externen Lichts gemessen wird.

Gemäß der Erfindung ist dies bei einem Entfernungsmeßsystem durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben .

Nachfolgend v/ird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 zur Erläuterung schematisch das Grundprinzip der Erfindung;

Fig. 2 eine Schaltung einer Ausführungsform eines Entfernungsmeßsystems gemäß der Erfindung;

Fig. 3 ein Funktionszeitdiagramm der Schaltung in Fig. 2;

Fig. 4 eine Schaltung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 5 einen Teil einer Schaltung noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

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In Fig. 1 erreicht Licht von einer ersten Lichtquelle 1 einen Gegenstand 2, und das Licht wird von dem Gegenstand 2 reflektiert. Dadurch wird der Gegenstand 2 eine zweite Lichtquelle 3. Die Lichtmenge B von der zweiten Lichtquelle 3 zu dem lichtaufnehmenden Element 4 ist umgekehrt proportional dem Quadrat des Abstandes M zwischen der ersten Lichtquelle 1 (und einem lichtaufnehmenden Element 4) und dem Gegenstand Wenn das Reflexionsverhältnis des Gegenstandes 2 α ist und die von der ersten Lichtquelle 1 projezierte Lichtmenge A ist, wird daher die folgende Beziehung erhalten:

B cc £XA

M²

Folglich kann die Entfernungsmessung auf der Basis durchgeführt werden, daß das von dem Gegenstand 2 reflektierte Licht um einen Wert abnimmt, der umgekehrt proportional dem Quadrat des Abstandes bzw. der Entfernung M ist. In diesem Fall kann sich dann das Reflexionsverhältnis α in Abhängigkeit von dem jeweiligen Gegenstand ändern. Wenn eine so hohe Genauigkeit bei der Entfernungsmessung nicht erforderlich ist, kann das vorerwähnte Prinzip in einer einfachen selbstfokussierenden Einrichtung für eine Kamera mit zwei oder drei Fokussierzonen benutzt werden.

In Fig.2 ist eine Ausführungsform eines Entfernungsmeßsystems dargestellt, das nach dem vorerwähnten Grundprinzip der Erfindung arbeitet. In Fig.3 ist ein Zeitdiagramm der Arbeitsweise

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der Ausführungsform dargestellt.

Eine von einem Oszillator OSC erzeugter Impuls v/ird mittels eines Inverters N1 invertiert und dann über einen Widerstand R1 an eine lichtabgebende Einrichtung LED1 angelegt, die eine lichtemittierende Diode u.a. aufweist. Die lichtabgebende Einrichtung LED1 ist zusammen mit einem lichtaufnehmenden Element PS in einem entsprechenden Teil der Kamera angeordnet und gibt intermittierend Licht einer vorbestimmten Stärke in Richtung zu einem Gegenstand OB ab. Das lichtaufnehmende Element PS ist aus Photodioden u.M. gebildet, und das von dem Gegenstand OB reflektierte Licht fällt auf das lichtaufnehmende Element PS. Das lichtaufnehmende Element PS, eine Diode D1 und ein Operationsverstärker OP1 bilden einen lichtaufnehmenden Teil S. Der Ausgang von dem lichtaufnehmenden Element PS wird durch die Diode D1 einer logarithmischen Verdichtung unterzogen und wird von dem lichtaufnehmenden Teil S abgegeben. Wenn die lichtabgebende Einrichtung LED1 abgeschaltet ist und kein Licht abgibt, ist der Ausgang des lichtaufnehmenden Teils S der Ausgang, der durch Fühlen von externem Licht erhalten worden ist, das heißt, von Licht außer von dem Licht von dem lichtabgebenden Teil LED1, welches auf den lichtaufnehmenden Teil fällt, nachdem es von dem Gegenstand OB reflektiert worden ist. Dieser Ausgang des liehtaufnehmenden Teils S wird entsprechend dem Ausgang von dem Oszillator OSC über einen Analogschalter S1 auf einem Kondensator C1 gespeichert. Analogschalter S2 und S3 sind abgeschaltet, wenn der Ausgang des Oszillators

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OSC über einen Inverter N2 angelegt wird. Wenn die lichtabgebende Einrichtung LED1 Licht abgibt, wird der Analogschalter

51 abgeschaltet, während die (beiden anderen) Analogschalter angeschaltet werden, so daß der Ausgang des lichtaufnehmenden Teils S durch einen veränderlichen Widerstand VR1 einer Spannungsteilung unterzogen wird, und die geteilte Spannung mittels eines Vergleichers C0M1 mit der auf dem Kondensator C1 gespeicherten Spannung verglichen wird.

Wenn der Gegenstand in einer großen Entfernung von dem Entfernungsmeßsystern angeordnet ist und dasLicht von der lichtabgebenden Einrichtung LED1 stark abnimmt, so daß das Licht von der Einrichtung LED1 kaum auf das lichtaufnehmende Element PS fällt und nicht von dem externen Licht unterschieden werden kann, bleibt der Ausgang des Vergleichers COM1 null. Wenn dagegen der Gegenstand in der Nähe angeordnet ist, liegt der Ausgang des Vergleichers COM1 auf einem hohen Pegel. Der Ausgang des Vergleichers COM1 wird dann über den Analogschalter

52 und einen Widerstand R2 an eine Anzeigeeinrichtung LED2 die eine lichtemittierende Diode aufweist, aber gleichzeitig über einen Inverter N3, den Analogschalter S3 und einen Widerstand R3 an eine Anzeigeeinrichtung LED angelegt, die eine lichtemittierende Diode aufweist. Wenn daher der Gegenstand in der Nähe liegt, ist die Anzeigeeinrichtung LED2 angeschaltet und leuchtet. Wenn dagegen der Gegenstand in einer großen Entfernung liegt, ist die Anzeigeeinrichtung LED3 eingeschaltet und leuchtet. In diesem Fall wird dann festgestellt,

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ob der Gegenstand näher bei dem Entfernungsmeßsystem als eine Sollentfernung oder in einem großen Abstand über die Sollentfernung hinaus angeordnet ist; das festgestellte Ergebnis v;ird dann angezeigt. Die Soll- oder Zielentfernung kann durch den veränderlichen Widerstand VR1 geändert werden.

Da die vorerwähnte Ausführungsform keine mechanischen Einrichtungen* beispielsv/eise eine Spiegelabtasteinrichtung erfordert, ist sie ausgesprochen preiswert. Darüber hinaus kann mittels des veränderlichen Widerstandes VR1 eine fortlaufende Entfernungsmessung durchgeführt werden. Da der Ausgang des lichtaufnehmenden Elements PS durch die Diode D1 verdichtet wird, ist es schwierig, das reflektierte Licht von externem Licht zu unterscheiden, wenn das externe Licht weitaus stärker ist als das von dem Gegenstand reflektierte Licht. Um diesen Nachteil zu beseitigen,ist ein Filter zum Trennen und Absondern des reflektierten Lichts v/irksam, wobei das Filter an der Ausgangsseite @ des lichtaufnehmenden Teils angeordnet ist. Zu diesem Zweck ist auch eine Differenzschaltung wirksam, die an einer Ausgangsseite des Lichtaufnähmeabschnittes angeordnet ist und das reflektierte Licht abtrennt, wenn als lichtprojizierende Quelle ein (Strobo-)Blitz verwendet wird. Die folgende Äusführungsform ist auch dazu verwendbar, um nur solches reflektiertes Licht festzustellen«

In Fig.4 ist diese Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Wenn der lichtabgebende Teil LED! abgeschaltet ist, wird der

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von dem Oszillator OSC erzeugte Impuls über Inverter N1 und N4 an einen Analogschalter S4 angelegt, so daß dieser Analogschalter S4 angeschaltet wird. Folglich wird dann der Ausgang des lichtaufnehmenden Teils S über einen Operationsverstärker OP2 und den Analogschalter S4 in dem Kondensator C2 gespeichert. Die in dem Kondensator C2 gespeicherte Spannung wird an die Eingangsseite eines Operationsverstärkers 0P3 angelegt, so daß Strom i„ von dem lichtaufnehmenden Element PS über die Diode D2 zu dem Operationsverstärker OP3 fließt. Wenn der lichtabgebende Teil LED1 angeschaltet ist, ist der Analogschalter S4 abgeschaltet, und die Spannung des Kondensators C2 bleibt konstant. Wenn jedoch das von dem Gegenstand reflektierte Licht festgestellt wird, steigt der Strom, welcher durch das lichtaufnehmende Element PS fließt, proportional zu der Stärke des reflektierten Lichts an. Jedoch ist der Strom ±2 wegen der Spannung des Kondensators C2 derselbe wie der, wenn der lichtabgebende Teil LED1 abgeschaltet ist. Mit anderen Worten, zu diesem Zeitpunkt ist der Strom ±₂ derjenige, der durch das externe Licht erzeugt worden ist. Der übrige Strom I₁, welcher proportional zu der Stärke des reflektierten Lichts ist, fließt über die Diode D1, so daß das reflektierte Licht unabhängig von dem externen, äußeren Licht festgestellt werden kann.

Der Ausgang des lichtaufnehmenden Teils S wird mit der Bezugsspannung ref1 eines Vergleichers COM2 und mit der Bezugsspannung ref2 eines Vergleichers COM3 verglichen. Wenn der Gegen-

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stand in der Nähe liegt, ist die Ausgangsspannung des lichtaufnehmenden Teils S kleiner als die Bezugsspannung ref1, so daß sowohl der Ausgang des Vergleichers COM2 als auch der des Vergleichers COM3 auf einen hohen Pegel ansteigen, und wenn Licht projiziert wird, nimmt der Ausgang eines NAND-Gliedes NAl auf einen niedrigen Pegel ab. Folglich wird eine lichtemittierende Diode LED4 angeschaltet und leuchtet. Wenn der Gegenstand sich in einer mittleren Zwischenzone befindet, ist der Ausgang des lichtaufnehmenden Teils S größer als die Bezugsspannung ref1 und kleiner als die Bezugsspannung refI₁ so daß der Ausgang des Vergleichers COM2 einen niedrigen Pegel hat, während der Ausgang des Vergleichers COM3 einen hohen Pegel hat. Folglich nimmt, wenn Licht projiziert wird, der Ausgang des NAND-Gliedes NA2 auf einen niedrigen Pegel ab, so daß die lichtemittierende Diode LED5 angeschaltet wird und leuchtet. Wenn sich der Gegenstand in einer großen Entfernung befindet, ist der Ausgang des lichtaufnehmenden Teils S größer als die Bezugsspannung ref2, so daß sowohl der Ausgang des Vergleichers COM2 als auch der des Vergleichers COM3 auf einen niedrigen Pegel abnehmen, und wenn Licht projiziert wird, nimmt der Ausgang des NAND-Glieds NA3 auf einen niedrigen Pegel ab, und die lichtemittierende Diode LED6 wird angeschaltet und leuchtet.

Die lichtemittierenden Dioden LED4 bis LED6 sind jeweils über Widerstände (R4 bis R6) zwischen die NAND-Glieder NA1 bis NA3 und eine Gleichstrom-Lichtquelle geschaltet. Die Diode D1 kann

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ein Widerstand sein oder kann mit einem Widerstand kombiniert sein, um so eine Kombinationsschaltung zu bilden. Wie in Fig.5 dargestellt, können die Entfernungsmeßsignale fortlaufend mit. Hilfe von NAND-Gliedern NA4 bis NA6 und Verriegelungsschaltungen in Form von Flip-Flops FF1 bis FF3 anstelle der NAND-Glieder NA1 bis NA3 abgegeben werden. In diesem Fall nimmt der Ausgang eines der NAND-Glieder NA4 bis NA6 in Abhängigkeit von der Lage des Gegenstandes, d.h., ob er sich in der Nahzone, der Zwischenzone oder der Fernzone befindet, auf einen niedrigen Pegel ab. Der Ausgang eines der NAND-Glieder NA4 bis NA6 wird dann durch die Verriegelungsschaltungen FF1 bis FF3 entsprechend dem Ausgangsimpuls des Inverters Nl verriegelt. Folglich wird eine der lichtemittierenden Dioden LED4 bis LED6 angeschaltet und leuchtet.

Ende der Beschreibung

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Claims

Patentansprüche

1J Entfernungsmeßsystem, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung (LED 1) zum Abgeben von Licht zu einem Gegenstand (OB) hin und durch eine zweite Einrichtung

(S) zum Messen der Stärke des von dem Gegenstand (OB) reflektierten Lichts und zum Bestimmen der Entfernung zu dem Gegenstand (OB) .
2. Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 1_# dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (LED1) intermittierend Licht einer vorbestimmten Stärke abgibt.

vii/xx/Ha 130052/0 833

«■(089)988272 Telegramme: . Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850

988274 TELEX: · Bayer Vereinsbank München 453100(BLZ 70020270) 983310 0524560BERGd Posischeck München 65343-808 (BLZ 70010080)
3» Entfernungsmeßsystem nach Anspruch Λ, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (S) die Lichtstärke speichert, wenn die erste Einrichtung (LED1) kein Licht abgibt, und die Entfernung mißt, indem die gemessene Lichtstärke, wenn die erste Einrichtung (LED1) Licht abgibt, und die gespeicherte Lichtstärke verglichen werden.
4. Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (S) anhand des Vergleichsergebnisses feststellt, ob der Gegenstand im Vergleich zu einer Einstellentfernung in einer geringen Entfernung oder in einer über die Einstellentfernung hinausgehenden Entfernung angeordnet ist.
5. Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellentfernung (durch einen veränderlichen Widerstand VR1) veränderlich ist,
6. Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (S) von dem Gegenstand (OB) reflektiertes Licht in einem lichtaufnehmenden Teil (PS) der zweiten Einrichtung (S) feststellt, und daß der Ausgang des lichtaufnehmenden Teils (PS) auf null eingestellt wird, xvenn die erste Einrichtung (LED1) kein Licht abgibt, und daß bei einer solchen Einstellentfernung der Ausgang, der die Stärke des von dem Gegenstand (OB) reflektierten Lichts anzeigt, erhalten wird, wenn die ertse Einrichtung (LED1)

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Licht abgibt, wodurch dann eine Entfernungsmessung durchgeführt ist.
7. Entfernungsmeßsystem nach Anspruch -7, dadurch g e k e η nzeichnet, daß die Entfernung zu dem Gegenstand (OB) anhand des Ausgangs des lichtaufnehmenden Teils (PS) mit Hilfe einer Anzahl Zonen beurteilt werden kann, in welcher Zone der Gegenstand (OB) vorhanden ist.
8. Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Beurteilungsergebnxs in ein Signal umgesetzt wird, das fortlaufend erzeugt und angezeigt wird.

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