DE3844971C2 - Kamera mit einem Sucher mit einer Einrichtung zur Blickrichtungserfassung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kamera mit einem Sucher mit einer Einrichtung zur Blickrichtungserfassung eines Benutzers der Kamera nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Einrichtung der eingangs genannten Art soll die Blick­ richtung eines durch das Okular der Kamera blickenden Benut­ zers erfassen, um den Bereich des Sucherbildes bestimmen zu können, auf den der Benutzer der Kamera seinen Blick richtet. Diesen im Sucherbild markierten Bereichen oder Zonen können verschiedene Funktionen zugeordnet sein, die ausgelöst wer­ den, sobald der Benutzer seinen Blick auf die entsprechende Zone richtet. So ist es beispielsweise denkbar, die Einrich­ tung der eingangs genannten Art in Verbindung mit einer Ein­ richtung zum automatischen Erfassen der Scharfeinstellung in einer einäugigen Spiegelreflexkamera einzusetzen. Zu diesem Zweck werden im Sucherbild mehrere Zonen angeordnet, für die jeweils eigenständig die Fokussierung des Kameraobjektives bestimmt werden kann. Der Benutzer kann dann durch Anblicken die Zone des Sucherbildes auswählen, für die er das Kameraob­ jektiv scharf einstellen möchte.

Nachfolgend wird, um allgemein die Funktionsweise einer Einrichtung zum Erfassen der Scharfeinstellung einer fotografischen Kamera nach dem Korrelationsverfahren erläutern zu können, eine Einrichtung beschrieben, die die Scharfeinstellung in einer mittleren Zone des Sucherbildes be­ stimmt. Fig. 1 zeigt schematisch das optische System einer solchen Vorrichtung, die beispielsweise zu einer einäugigen Spiegelreflexkamera mit automatischer Scharfeinstellung gehört. In Fig. 1 sind ein fotografisches Objektiv 1, ein aufzunehmendes Objekt 2, eine Blickfeldmaske 3, eine Kondensorlinse 4, eine Blendenmaske 5, eine Separa­ torlinse 6, 7 als optisches Bildteilungselement und ein CCD- Element (charge coupled device) als Bildempfangselement dar­ gestellt. Die Bildfeldmaske 3, die Kondensorlinse 4, die Blendenmaske 5, die Separatorlinsen 6 und 7 und das CCD-Ele­ ment 8 sind als eine Einheit integriert und bilden ein opti­ sches System 9 zum automatischen Feststellen der Fokussie­ rung.

In diesem System 9 ist die Blickfeldmaske 3 nahe einer äqui­ valenten Filmebene 10 angeordnet. Diese äquivalente Filmebene 10 befindet sich in einer zu dem durch das Objektiv 1 aufzu­ nehmenden Objekt 2 optisch konjugierten Position. Ein scharf fokussiertes Bild 11 des Objekts 2 wird auf der äquivalenten Filmebene 10 erzeugt, wenn das Objektiv 1 scharfeingestellt ist. Die Kondensorlinse 4 und die Blendenmaske 5 beseitigen Randlicht, welches das Objektiv 1 rechts und links passiert. Die Separatorlinsen 6 und 7 befinden sich in einer zum Objek­ tiv 1 über die Kondensorlinse 4 optisch konjugierten Positi­ on.

Die Separatorlinsen 6 und 7 befinden sich, wie Fig. 2 zeigt, horizontal nebeneinander. Ferner stehen sie imaginären Öff­ nungsbereichen 14 und 15 einer Austrittspupille 13 des Objek­ tivs 1 gegenüber und "blicken" dabei durch eine Zone 12, die in noch zu beschreibender Weise zur Mittelzone eines Suchers optisch konjugiert liegt. Die Separatorlinsen 6 und 7 nehmen ein Strahlenbündel auf, das durch die Öffnungsbereiche 14 und 15 hindurchtritt. Das auf der äquivalenten Filmebene 10 er­ zeugte Bild 11 wird in Form zweier Bilder 11' auf zwei Berei­ chen des CCD-Elements 8 abgebildet.

Der Abstand zwischen den beiden Bildern 11', der sich bei Scharfeinstellung ergibt (siehe Fig. 3a) ist in Fig. 4 mit 1_o bezeichnet. Wenn das Objektiv 1 vor der äquivalenten Filmebene 10 fokussiert ist, wie es in Fig. 3b dargestellt ist, so ist der Ab­ stand zwischen den Bildern 11' kurz, so daß auch der Ab­ stand zwischen zwei entsprechenden Signalen S kürzer als der Abstand 1_o ist. Wenn andererseits das Objektiv 1 hinter der äquivalenten Filmebene 10 fokussiert ist, wie es Fig. 3c zeigt, so ist der Abstand zwischen den Bildern 11' länger, so daß der Ab­ stand zwischen entsprechenden Signalen S länger als der Ab­ stand 1_o ist. Da der Abstand zwischen den Bildern 11' sich proportional einer Fehleinstellung des Objektivs 1 än­ dert, wird bei der bekannten Einrichtung zum Erfassen der Fokussierung in einer einäugigen Spiegelreflexkamera der Ab­ stand zwischen den Bildern auf dem CCD-Element 8 ausgewertet, und die entsprechenden Signale werden arithmetisch verarbei­ tet. Daraufhin wird das Objektiv 1 abhängig von der Scharf­ einstellrichtung und dem Fehleinstellungsbetrag des Objektivs 1 zur richtigen Scharfeinstellungsposition hin bewegt. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel wird die optische Scharfeinstellung über das Sucherbild vorgenommen, wobei ein aufzunehmendes Objekt 2 der mittleren Zone 17 des Suchers 16 zugeordnet wird. Das Objektiv 1 wird dabei automatisch scharfeingestellt. Wenn dann die Aufnahme durchgeführt wird, so ergibt sich ein gut fokussiertes Bild.

Bei dem in Fig. 6 gezeigten Beispiel ist das Objekt 2 nicht der mittleren Zone zugeordnet, so daß das Objektiv 1 nicht auf das Objekt 2 scharf eingestellt werden kann.

Bei einer Weiterbildung einer solchen Einrichtung zum Erfas­ sen der Scharfeinstellung erfassen mehrere Bildteiler ver­ schiedene Zonen des Sucherbildes und bilden diese jeweils auf der dem jeweiligen Bildteiler zugeordneten lichtempfindlichen Anordnung ab, so daß der Benutzer der Kamera die Zone des Su­ cherbildes auswählen kann, für die er das Kameraobjektiv scharf einstellen möchte.

Aus der US 4 574 314 ist eine Studiokamera für Fernsehstu­ dios bekannt, deren Objektiv mit einer Autofokuseinrichtung scharf gestellt werden kann. Damit unterschiedliche Bereiche des von der Studiokamera erfaßten Bildes scharf eingestellt werden können, ist in der Studiokamera eine Einrichtung vor­ gesehen, mit der die Blickrichtung des Kameramannes im Sucher der Studiokamera erfaßt und entsprechend der erfaßten Blick­ richtung eine von mehreren Bildzonen zum Scharfeinstellen ausgewählt werden kann. Hierzu verwendet die Einrichtung eine Lichtquelle, die das Auge des Kameramannes mit Infrarotlicht bestrahlt, sowie eine kleine Kamera, die die am Auge des Ka­ meramannes reflektierten Lichtstrahlen erfaßt. Mit den Aus­ gangssignalen der Kamera kann dann die Blickrichtung des Ka­ meramannes bestimmt und die entsprechende Bildzone ausgewählt werden. Durch ihren Aufbau und ihr großes Bauvolumen eignet sich die in der US 4 574 314 beschriebene Einrichtung zur Blickrichtungserfassung jedoch nur für die Verwendung in Stu­ diokameras.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kamera mit ei­ ner einfach aufgebauten Einrichtung zur Blickrichtungserfas­ sung des Benutzers der Kamera bereitzustellen, die im Sucher der Kamera angeordnet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Patenan­ spruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprü­ chen 2 bis 7 angegeben.

Bei der Erfindung wird ein Lichtstrahl definierter Richtung auf das Auge des Benutzes gestrahlt und anschließend der am Auge des Benutzers reflektierte Lichtstrahl durch den Sensor erfaßt. Da sich die Richtung des reflektierten Lichtstrahls entsprechend einer Änderung der Blickrichtung des Auges än­ dert, können die Mittel aus den Sensor-Ausgangssignalen be­ stimmen, welcher Bereich des Sucherbildes vom Benutzer be­ trachtet wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Einrichtung zum Erfassen der Fokussierung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung schematisch,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der verschiedenen möglichen Einstellungen eines Objektivs,

Fig. 4 die Ausgangssignale eines CCD-Elements entspre­ chend den Einstellungen nach Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Sucherbildes für eine Einrichtung bekannter Art,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Sucherbildes zur Erläuterung der Aufnahmetechnik bisheriger Art bei einem Objekt im Randbereich des Bildes,

Fig. 7 bis 10 schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Einrichtung zum Erfassen der Scharfeinstellung, und

Fig. 11 bis 24 schematische Darstellungen zur Erläuterung eines optischen Systems zum Erkennen der Blickrichtung des Auges in Verbindung mit einer Einrichtung zum automatischen Feststellen der Fokussierung in einer einäugigen Spiegelreflexkamera.

In Fig. 7 bis 10 ist eine Einrichtung zum automatischen Feststellen der Fokussierung für eine einäugige Spiegelreflexkamera dargestellt. Fig. 7 zeigt schematisch das optische System dieser Einrichtung. Solche Elemente, die den Elementen der bereits bekannten Einrichtung entsprechen, haben dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1, 2 und 3. Es ist ferner eine Austrittspupille 13 des Objektivs 1 durchgezogen dargestellt, die einer Betrachtung durch eine Zo­ ne 12 eines automatischen optischen Fokussystems 9 entspricht, das im folgenden auch als Autofokussystem bezeichnet wird. Die Austrittspupille 13 hat eine Kreisform, wie es auch Fig. 9 zeigt. Die Öffnungsbereiche 14 und 15 haben elliptische Form, betrachtet durch die Separatorlinsen 6 und 7.

Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel ist das Autofokussystem 9 auf seinen beiden Seiten noch mit optischen Autofokus-Rand­ systemen 18 und 19 versehen, die dazu dienen, einen optischen Bereich entsprechend dem Randbereich des Bildes auszuwerten. Das Autofokussystem 18 besteht im wesentlichen aus zwei Separatorlinsen 20 und 21 als optische Teilungselemente und einem CCD-Element 22. Das andere Autofokussystem 19 besteht im wesentlichen aus zwei Separatorlinsen 23 und 24 als op­ tische Teilungselemente und einem CCD-Element 25.

Ein auf dem Kameragehäuse montierter Sucher 16, wie er in Fig. 8 gezeigt ist, hat auf den beiden Seiten einer Mittel­ zone 17 Randzonen 26 und 27, die den Autofokus-Randsystemen 18 und 19 entsprechen. Die Randzonen 26 und 27 liegen optisch konjugiert zu den Zonen 28 und 29 der Autofokussysteme 18 und 19.

Fig. 7 zeigt, daß die Separatorlinsen 20 und 21 und die Separatorlinsen 23 und 24 in vertikaler Richtung nebeneinander liegen. Die Separatorlinsen 20, 21, 23 und 24 sind über eine Kondensorlinse 4, die in Fig. 7 nicht dargestellt ist, op­ tisch konjugiert zur Austrittspupille 13 des Objektivs 1 an­ geordnet und sehen Öffnungsbereiche 30 und 31 durch die Zonen 28 und 29 in vertikaler Ausrichtung der Austrittspupille 13. Dabei sind die Separatorlinsen 23 und 24 aus folgenden Gründen vertikal übereinander geordnet. Ein Strahlenbündel, das durch das Objektiv 1 auf die Zonen 28 und 29 fällt, wird zu einem schrägen Strahlenbündel. Die Austrittspupille 13 des Objek­ tivs 1 hat bei Betrachtung durch die Zonen 28 und 29 eine ab­ geflachte Form, wie sie Fig. 10 zeigt, infolge der Vignettie­ rung. Wenn die Öffnungsbereiche 30 und 31 horizontal neben­ einander liegen würden, so wäre die Grundlinie zwischen den Separatorlinsen 20 und 21 (Separatorlinsen 23 und 24) nicht ausreichend lang. Das Ergebnis wäre eine schlechte Linsen­ leistung und eine schlechte Auswertegenauigkeit des Objektab­ standes.

In Fig. 7 ist mit ℓ die optische Achse des Objektivs 1 be­ zeichnet. Ferner sind die zentrale optische Achse ℓ₁ des Autofokussystems 18 und die entsprechende optische Achse ℓ₂ des Autofokussystems 19 dargestellt. Diese Achsen ℓ₁ und ℓ₂ schneiden sich in der Mitte O₁ der Austrittspupille 13. Es sind außerdem die optische Achse ℓ₁₁ der Separatorlinse 20, die optische Achse ℓ₁₂ der Separatorlinse 21, die optische Achse ℓ₂₁ der Separatorlinse 23 und die optische Achse ℓ₂₂ der Separatorlinse 24 dargestellt. Die optischen Achsen ℓ₁₁ und ℓ₂₁ schneiden sich in der Mitte O₂ des Öffnungsbe­ reichs 31, während sich die optischen Achsen ℓ₁₂ und ℓ₂₂ in der Mitte O₃ des Öffnungsbereichs 30 schneiden.

Dadurch sind die Randzonen 26 und 27 zu beiden Seiten der Mittelzone 17 des Suchers 16 angeordnet, und die Autofokus- Randsysteme 18 und 19 sind entsprechend den Randzonen 26 und 27 angeordnet. Wenn die CCD-Elemente 8, 22 und 25 entsprechend den Zonen 17, 26 und 27 (Fig. 8), die ausgewählt werden können, angesteuert werden, so kann der Abstand zum Objekt 2 automa­ tisch mit den Autofokussystemen 9, 18 und 19 entsprechend der Auswahl einer der Zonen 17, 26 und 27 festgestellt werden. Hierbei werden die Zonen 17, 26 und 27 manuell oder automa­ tisch gewählt.

Im folgenden wird ein optisches System zum Erkennen der Blickrichtung des Auges für eine einäugige Spiegelreflexkame­ ra anhand der Fig. 11 bis 24 beschrieben. Ein Verfahren zum Erkennender Blickrichtung ist beispielsweise durch die Druckschrift "Psychological Physic of Vision" von Mitsuo Ikeda bekannt. Wenn dieses Verfahren auf eine Kamera angewen­ det wird, muß nur die Richtung des Auges des Benutzers fest­ gestellt werden. Dies bedeutet, daß die Parallelbewegung des Auges relativ zum Sucher einer Kamera nicht festgestellt wer­ den sollte. Dafür bestehen die folgenden Gründe. Wenn die Parallelbewegung des Auges zusammen mit der Augenrichtung festgestellt wird, so überlagern sich die Informationen über die Augenrichtung und den Richtungswinkel. Deshalb ist es schwierig, in der Kamera zu erkennen, welche Zone der Benut­ zer betrachtet. Wird ein optisches System zur Auswertung der Blickrichtung verwendet, mit dem auch die Parallelbewegung ausgewertet werden kann, so ist der relative Abstand zwischen der optischen Achse des Suchers der Kamera und dem Drehzen­ trum eines Augapfels konstant zu halten. Im Hinblick darauf, daß allgemein Handkameras verwendet werden, ist dies jedoch unmöglich, da das Auge gegenüber dem Sucher in seitlicher Richtung immer eine Relativbewegung erfährt.

Zur Blickrichtungserkennung geht man davon aus, daß beim Einfall eines parallelen Strahlenbün­ dels P parallel zur optischen Achse lx auf einen konvexen Spiegel 230 gemäß Fig. 11 ein Bild der Lichtquelle mit op­ tisch unendlichem Abstand als Lichtpunkt im Mittelpunkt Q zwischen dem Krümmungsmittelpunkt R des Spiegels 230 und ei­ nem Schnittpunkt K erzeugt wird, wo die optische Achse lx die Spiegelfläche schneidet. Wenn das parallele Strahlenbün­ del parallel zur optischen Achse lx auf die Hornhaut 232 ei­ nes menschlichen Auges 231 fällt, wie Fig. 12 zeigt, so wird das Bild der Lichtquelle in optisch unendlichem Abstand gleichfalls als Lichtpunkt am Mittelpunkt Q zwischen dem Krümmungsmittelpunkt R der Hornhaut 232 und dem Scheitel­ punkt K' der Hornhaut erzeugt. Dieser Lichtpunkt wird im folgenden als erstes Purkinje-Bild PI bezeichnet. In Fig. 12 sind die Pupille 233, die Pupillenmitte 234 und das Drehzentrum S des Augapfels angedeutet.

Wenn die optische Achse lx des Strahlenbündels P, das auf die Hornhaut 232 fällt, mit der Augenrichtung l'x zusammenfällt, so sind die Pupillenmitte 234, das erste Purkinje-Bild PI, der Krümmungsmittelpunkt R der Hornhaut 232 und das Dreh­ zentrum S des Augapfels auf der optischen Achse lx angeordnet. Von der Kamera aus gesehen ist es unmöglich, das Drehzentrum S des Augapfels auf der optischen Achse lx des Suchers anzu­ nehmen. Es sei jedoch angenommen, daß das Drehzentrum S des Augapfels auf der optischen Achse lx liegt und daß der Aug­ apfel seitlich um das Drehzentrum S herum gedreht wird. Dann ergibt sich, wie Fig. 13 zeigt, ein relativer Abstand zwi­ schen der Pupillenmitte 234 und dem ersten Purkinje-Bild PI. Nimmt man ferner an, daß das Auge um einen Winkel θ gegen­ über der optischen Achse lx gedreht wird und daß die Länge der Lotrechten, die von der Pupillenmitte 234 zu dem Licht­ strahl verläuft, der senkrecht auf die Hornhaut 232 trifft, mit d bezeichnet wird, so ergibt sich die folgende Beziehung:

d = k₁.sinθ (1)

Dabei ist k₁ der Abstand von der Pupillenmitte 234 zum Krüm­ mungsmittelpunkt R der Hornhaut 232.

Der Abstand k₁ ist etwa 4,5 mm. Mit H ist ein Schnittpunkt der zuvor genannten Lotrechten von der Pupillenmitte 234 zu dem Lichtstrahl P' bezeichnet, der senkrecht auf die Horn­ haut trifft.

Wie aus der vorstehenden Beziehung (1) hervorgeht, kann man den Drehwinkel θ ermitteln, wenn der Abstand k₁ bekannt ist und die Länge d ermittelt wurde.

Im Hinblick darauf, daß der Schnittpunkt H und das erste Purkinje-Bild PI auf dem Lichtstrahl P' liegen, wird das parallele Strahlenbündel P auf die Hornhaut 232 gerichtet, und wenn der Lichtstrahl P'' an der Hornhaut 232 reflektiert und in Richtung parallel zum einfallenden Strahlenbündel fest­ gestellt wird und wenn ferner die Beziehung zwischen der Pu­ pillenmitte 234 und dem ersten Purkinje-Bild PI gefunden ist, so kann der Drehwinkel θ des Auges bestimmt werden.

Deshalb wird das parallele Strahlenbündel P auf das Auge ge­ richtet. Wenn dann der Umfang 234' der Pupille als Silhouette in dem Licht erscheint, das am Augenhintergrund reflektiert wird, und zusammen mit dem ersten Purkinje-Bild PI auf einer lichtempfindlichen Anordnung, beispielsweise auf einem licht­ empfindlichen Festkörperelement in der in Fig. 14A und 14B gezeigten Weise abgebildet wird, so hat das daraus erhaltene Ausgangssignal eine Spitze an der Stelle, die dem ersten Purkinje-Bild auf dem Element entspricht. Der Lichtanteil, der am Augenhintergrund reflektiert wird, führt zu einem trapezförmigen Verlauf des Signals. Deshalb ergeben sich die Koordinaten i₁, i₂ entsprechend den Umfangsstellen 234' der Pupille durch einen Teilpegelwert SL₁. Dann ergeben sich die Koordinaten PI₁, PI₂ entsprechend dem ersten Purkinje-Bild PI durch einen Teilpegelwert SL₂. Eine Differenz d' = PI' - i' der Koordinaten i' und PI' ent­ sprechend der Pupillenmitte 234 wird aus den folgenden Be­ ziehungen (2) und (3) berechnet. Wenn die Leistung des aus­ wertenden optischen Systems dabei m ist, so kann der Abstand d aus der folgenden Beziehung (4) gefunden werden.

i' = (i₁ + i₂)/2 (2)

PI' = (PI₁ + PI₂)/2 (3)

d = d'/m (4)

Wird ein solches optisches System zum Feststellen der Blick­ richtung verwendet, so kann automatisch diejenige Zone aus mehreren Zonen des Sucherbildes gefunden werden, die mit dem Auge betrachtet wird.

Beider vorstehenden Beschreibung des Prinzips wird die Mitte einer jeden Koordinate arithmetisch ermittelt. Im Hinblick auf die Stärke des einfallenden Lichtes kann sie aber auch durch Mittelwertbildung ermittelt werden.

Ein Ausführungsbeispiel eines optischen Systems zum Erkennen der Blickrichtung, das in Verbindung mit der zuvor beschriebenen Einrichtung zum automatischen Feststellen der Fokussierung in einer ein­ äugigen Spiegelreflexkamera einsetzbar ist, wird im folgen­ den erläutert.

In Fig. 16 sind das Pentaprisma 240 einer Kamera, ein Schnellschwenkspiegel 241, eine Fokussierungsplatte 242, eine Kondensorlinse 243, ein Okular 244, ein Be­ nutzerauge 245 und die optische Achse lx des optischen Su­ chersystems dargestellt. Bei diesem Beispiel besteht das Okular 244 aus zwei Linsen A und B.

Die Kamera enthält ein optisches Auswertesystem 246 zum Er­ kennen der Blickrichtung des Auges auf der ihm abgewandten Seite des Okulars 244, wobei das Pentaprisma 240 zwischen beiden angeordnet ist. In Fig. 16 ist nur das Ge­ häuse 247 dieses Auswertesystems 246 dargestellt.

Das Auswertesystem 246, das ausführlicher in Fig. 17 und 18 gezeigt ist, enthält eine Infrarotlichtquelle 248, beispiels­ weise eine Infrarot-Leuchtdiode. Das Infrarotlicht wird auf das Auge 245 als paralleles Strahlenbündel über einen halb­ durchlässigen Spiegel 249, eine Verkleinerungslinse 250, ein Kompensationsprisma 251, das Pentaprisma 240 und das Okular 244 projiziert. Dadurch wird das erste Purkinje- Bild PI durch Reflexion an der Hornhaut 232 erzeugt. Bei die­ sem Beispiel wird Infrarotlicht verwendet, weil der Benutzer durch die Beleuchtung des optischen Auswertesystems 246 nicht geblendet werden soll. Ähnlich wird die Verkleinerungslinse 250 verwendet, weil die Länge des optischen Weges des Aus­ wertesystems 246 möglichst kurz sein soll, damit das System kompakt in der Kamera untergebracht werden kann. Da nur das parallel zur optischen Achse lx reflektierte Infrarotlicht genutzt wird, kann die am Auge 245 reflektierte Lichtmenge als gering vorausgesetzt werden, und das reflektierte Licht wird in einem möglichst kleinen Bereich der lichtempfangenden Fläche der lichtempfindlichen Anordnung in noch zu beschrei­ bender Weise abgebildet, wodurch deren Empfindlichkeit er­ höht wird.

Aus dem an der Hornhaut 232 des Auges 245 reflektierten Licht wird das parallel zu dem einfallenden Strahlenbündel verlau­ fende Strahlenbündel dem halbdurchlässigen Spiegel 249 über das Okular 244, das Pentaprisma 240, das Kompen­ sationsprisma 251 und die Verkleinerungslinse 250 zugeführt und dann über den halbdurchlässigen Spiegel 249 einer Abbil­ dungslinse 252 zugeführt, so daß es auf einer zweidimensionalen lichtempfindlichen Anordnung 253, beispielsweise einem CCD-Element, abgebildet wird. Die Abbildungslinse 252 ist ge­ mäß Fig. 19 mit einer Maske 254 versehen. Diese hat eine Öffnung 255. Die Öffnungsmitte ist in dem Krümmungsmittel­ punkt Y der Abbildungslinse 252 angeordnet. Der Durchmesser der Öffnung 255 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel ca. 0,2 mm.

Das Auge 245 des Benutzers wird normalerweise auf einen Augen­ punkt gebracht. Das auf der lichtempfindlichen Anordnung 253 abge­ bildete Bild und die Pupille des Auges 245 befinden sich, wie Fig. 20, zeigt in optisch konjugierter Lage über das Okular 244, die Verkleinerungslinse 250 und die Ab­ bildungslinse 252. Auf der lichtempfindlichen Anordnung 253 wird der Umfang 234' der Pupille als Silhouette zusammen mit dem ersten Purkinje-Bild PI durch das an dem Augenhintergrund re­ flektierte Licht abgebildet. Dann wird das Signal der lichtempfindlichen Anordnung 253, wie Fig. 18 zeigt, mit dem Verstärker 256 verstärkt, dann mit einem Analog-Digital-Um­ setzer 257 in ein digitales Signal umgesetzt und danach vor­ übergehend in einem Speicher 259 eines Mikrocomputers 258 ge­ speichert. Der Speicher 259 enthält den Abstand k₁ als In­ formation. Diese Information und die Information aus dem Signal der lichtempfindlichen Anordnung 253 werden einer arithme­ tischen Schaltung 260 zugeführt und dann unter Zugrundelegung der Beziehungen (1) bis (4) verarbeitet, um den Drehwinkel θ zu ermitteln. Danach wird ein Signal aus dem ermittelten Dreh­ winkel θ einem Treiberverstärker 261 zugeführt, das angibt, welche Zone ausgewählt wurde. Wenn das CCD-Element des Auto­ fokussystems, welches dieser ausgewählten Zone entspricht, mit dem Treiberverstärker 261 angesteuert wird, so kann auto­ matisch für das in der ausgewählten Zone vorhandene Objekt die Entfernung ermittelt werden.

Wenn der Abstand (die Bildhöhe) in der Darstellung gemäß Fig. 15 von der Mitte Ox des Sucherbildfeldes (der Mitte einer Fokussierungsplatte)bis zu den Mitten Oy und Oz der Zonen rechts und links mit y bezeichnet wird und wenn die Brenn­ weite des Okulars 244 des Suchers f ist, so er­ gibt sich folgende Beziehung:

y = f.tanθ (5)

Wenn in diese Beziehung (5) die Formel (1) eingesetzt wird, so ergibt sich:

y = f.d/(k₂.cosθ) (6)

Dies bedeutet, daß y dem Ausdruck d/(k₂.cosθ) proportional ist. Auch wenn also die Verzerrung eines auf der licht­ empfindlichen Anordnung 253 erzeugten Bildes beseitigt wird, so kann der Wert y nicht linear aus dem Wert d gefunden wer­ den, d. h. es ist eine Nichtlinearität vorhanden.

Bei einer Kamera mit 35 mm Brennweite kann die Bildhöhe y mehrerer Zonen im Hinblick auf Vignettierung usw. höchstens 6 mm bis 9 mm betragen.

Für dieses Ausführungsbeispiel sei angenommen, daß das op­ tische Auswertesystem 246 zum Erkennen der Blickrichtung das Bild der Pupille, das die Nichtlinearität enthält, zu der lichtempfindlichen Anordnung 253 überträgt, das hinter dem Auswertesystem 246 angeordnet ist, und daß das Bild dabei nicht verändert wird. Ferner sei die Länge d, die von der lichtempfindlichen Anordnung 253 festgestellt wird, proportional der Bildhöhe y. Sie wird dann lediglich in der längeren Seite mit 0,7% bis 1,6% der tatsächlichen Länge d ausgewertet. Deshalb beeinträchtigt dies die Auswahl der Zone praktisch nicht. Im Hinblick darauf, daß die Genauig­ keit des Systems zum Erkennen der Blickrichtung aber zu ver­ bessern ist, sollte die Nichtlinearität vorzugsweise nicht vorhanden sein. In diesem Falle kann sie durch den Mikro­ computer korrigiert werden. Wenn jedoch die Verzerrung im op­ tischen System selbst verursacht wird, so wird die Messung ungenau. Es ist deshalb eine Minimalanforderung, daß die durch das optische System eingeführte Verzerrung zu eliminieren ist.

Um die sphärische Aberration der Verkleinerungslinse 250 ge­ ring zu halten, hat die Ebene 250a nahe dem Okular 244 eine asphärische Form, und der Brennpunkt der Ver­ kleinerungslinse 250 liegt in dem Krümmungsmittelpunkt Y der Abbildungslinse 252. Dadurch liegt dann die Öffnung 255 in dem Krümmungsmittelpunkt Y der Abbildungslinse 252. Man er­ hält dadurch ein verzerrungsfreies optisches System, das sich sehr gut zum Erkennen der Blickrichtung eignet.

Im folgenden wird der Aufbau eines solchen optischen Systems erläutert.

Zunächst wird der Abstand von der Okularlinse A zu einem Augenpunkt auf 14,7 mm, die zentrale Dicke der Okularlinse A auf 4,98 mm, der Krümmungsradius der Ebene auf der Augenpunktseite der Okularlinse A auf 181,168 mm konvex, der Krümmungsradius der Ebene der Okularlinse A auf der Seite der Okularlinse B auf -25,500 mm konvex und der Brechungsindex der Okularlinse A auf 1,69105 bemessen. Der Abstand zwischen den Okularlinsen A und B beträgt 3,01 mm auf der optischen Achse lx. Ferner beträgt die zentrale Dicke der Okularlinse B 4,10 mm, der Krümmungs­ radius der Ebene auf der der Okularlinse A zugewandten Seite -23,860 mm konkav, der Krümmungsradius der Ebene auf der Seite des Pentaprismas 240 -48,140 mm konvex und der Brechungs­ index der Okularlinse B 1,79175. Ferner beträgt der Ab­ stand zwischen der Ebene 240a des Pentaprismas 240 und der Okularlinse B 3,21 mm, die Länge von der Ebene 240a des Pentaprismas 240 zur Ebene 240b beträgt 28,00 mm auf der optischen Achse lx, der Krümmungsradius einer jeden Ebene 240a, 240b ist Unendlich, und der Brechnungsindex des Pentaprismas 240 beträgt 1,51260. Danach wird der Abstand zwischen der Ebene 251a des Kompensationsprismas 251 und der Ebene 240b des Penta­ prismas 240 auf 0,10 mm und der Abstand zwischen der Ebene 251b des Kompensationsprismas 251 und der Ebene 240a der Verklei­ nerungslinse 250 gleichfalls auf 0,10 mm gestellt. Die Länge der Ebenen 251b und 251a des Kompensationsprismas 251 wird auf 2,00 mm auf der optischen Achse lx, der Radius der Krüm­ mung einer jeden Ebene 251a, 251b auf Unendlich und der Brechnungsindex des Kompensationsprismas 251 auf 1,51260 ge­ stellt.

Die Verkleinerungslinse 250 ist so bemessen, daß der Krüm­ mungsradius der Ebene 250a 12,690 mm (k₃ = -3,00) konvex, die zentrale Dicke 2,00 mm und der Brechungsindex 1,48716 be­ trägt. Der Krümmungsradius der anderen Ebene 250b der Ver­ kleinerungslinse 250 beträgt -200,000 mm konvex, und der Ab­ stand zwischen der Abbildungslinse 252 und der Ebene 250b be­ trägt 11,48 mm.

Der Krümmungsradius der Ebenen 252a der Abbildungslinse 252 beträgt 1,520 mm konvex, der Krümmungsradius der Ebene 252b beträgt Unendlich, die zentrale Dicke der Abbildungslinse 252 beträgt 1,52 mm, und der Brechungsindex stimmt mit 1,48716 mit demjenigen der Verkleinerungslinse 250 überein. Da die Maske 254, deren Öffnungsdurchmesser 0,2 mm beträgt, mit der Ebene 252b verbunden ist, hat sie zu dieser Ebene den Abstand Null, und ihre Dicke beträgt 0,04 mm. Der Abstand zwischen der Maske 254 und der lichtempfangenden Fläche der lichtempfindlichen Anordnung 253 beträgt 1,46 mm. Die Maske 254 und die lichtempfangende Fläche der lichtempfindlichen Anordnung 253 seien Un­ endlich, und die Abstände zwischen den jeweiligen optischen Elementen seien mit Luft gefüllt.

k₃ ist ein asphärisch-sphärischer Koeffizient und hat den folgenden Zusammenhang mit dem sagX:

X = h²c/(1 + √1 - (k₃ + 1)h²c²)

Dabei ist h die Höhe gegenüber der optischen Achse lx und c der Kehrwert des Krümmungsradius der Verkleinerungslinse 250.

Ist die Verkleinerungslinse 250 nicht asphärisch, so ergibt sich eine sphärische Aberration, wie Fig. 21 zeigt. Es ist dann eine Verzerrung gemäß Fig. 22 vorhanden. Wenn jedoch ein optisches Auswertesystem zum Erkennen der Blickrichtung mit vor­ stehend beschriebenem Aufbau vorgesehen ist, so ergibt sich eine Verbesserung der sphärischen Aberration gemäß Fig. 23. Gleichfalls ist dann die Verzerrung verbessert, wie Fig. 24 zeigt.

Abweichend von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbei­ spiel kann auch eine Leuchtdiode entsprechend einer jeden Zone 17, 26, 27 innerhalb des Sucherbildfeldes vorgesehen sein, die dann für die jeweils ausgewählte Zone blinkt, um zu bestätigen, daß dies die von dem Benutzer gewünschte Zone ist.

Claims (7)

1. Kamera mit einem Sucher mit einer Einrichtung zur Blickrichtungserfassung eines Benutzers der Kamera, mit einer Lichtquelle (248) mit Lichtstrahlrich­ tung auf das Auge (245) des Benutzers, mit einem Sensor (253) zum Erfas­ sen am Auge des Benutzers reflektierter Lichtstrahlen, und mit Mitteln zum Verarbeiten des Sensor-Ausgangssignals zum Bestimmen der Blickrichtung und zum Auswählen einer von mehreren in einer gemeinsamen Bildebene (16) liegender Bildzonen (17, 26, 27) entsprechend der zuvor bestimmten Blickrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß im Sucher der Kamera ein Pentaprisma (240) und ein Okular (244) auf einer gemeinsamen optischen Achse (lx) liegen, daß die Lichtquelle (248) und der Sensor (253) auf dersel­ ben Seite des Pentaprismas (240) nahe diesem im Sucher angeordnet sind, und daß auf der optischen Achse (lx) ein halbdurchlässiger Spiegel (249) angeordnet ist, der die am Auge reflektierten Lichtstrahlen zu dem seitlich der optischen Achse (lx) vorgesehenen Sensor (253) hin umlenkt und der die von der Lichtquelle (248), die sich vom Prisma aus gesehen hinter dem halbdurchlässigen Spiegel auf der optischen Achse befindet, kommenden Lichtstrahlen durchläßt.

2. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (248) und der Sensor (253) nahe der Oberseite der Kamera angeordnet sind.

3. Kamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (253) ein eindimensionaler Liniensensor (102) mit mehreren Sensorzellen ist.

4. Kamera nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bildzone (17, 26, 27) einen festen Ausschnitt in der Bildebene (16) definiert.

5. Kamera nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zum Erfassen der Scharfeinstellung des Kameraobjektivs (1) auf ein aufzunehmendes Objekt vorgesehen ist, die die Scharfeinstellung eines im Ausschnitt der ausgewählten Bildzone (17, 26, 27) dargestellten Bildab­ schnittes erfaßt, und daß an der Kamera ein Objektivantrieb vorgesehen ist, der das Kameraobjektiv (1) abhängig von einem Ausgangssignal der Vorrich­ tung scharf einstellt.

6. Kamera nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Bild­ ebene (16) äquivalente Ebene (10) ausgebildet ist, wobei jede Bildzone (17, 26, 27) der Bildebene (16) eine äquivalente Zone (12, 28, 29) in der Ebene (10) hat, und daß die Vorrichtung zum Erfassen der Scharfeinstellung mehrere CCD-Elemente (8, 22, 25) mit zugehörigen Separatorlinsenpaaren (6, 7; 20, 21; 23, 24) hat, wobei jeder Zone (12, 28, 29) der Ebene (10) ein CCD-Element (8, 22, 25) zugeordnet ist und das zugehörige Separatorlin­ senpaar (6, 7; 20, 21; 23, 24) das Objekt in Form zweier Bilder auf dem je­ weiligen CCD-Element (8, 22, 25) abbildet.

7. Kamera nach einem der vorhergehenden Anprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtquelle eine Infrarotlichtquelle (248) ist.