DE4040759C2 - Entfernungsmeßeinrichtung eines automatischen Fokussiersystems einer Kamera - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Entfernungsmeßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Kameras mit automatischer Entfernungseinstellung, soge­ nannten Autofokus oder abgekürzt AF-Kameras, wird die Ent­ fernung zu dem aufzunehmenden Objekt allgemein nach dem Triangulationsverfahren gemessen. Dabei wird ein Infrarot­ strahl von einem Lichtsendeelement zu dem Objekt gesandt, das von dem Objekt reflektierte Licht von einem Lichtempfangsele­ ment empfangen, das im Abstand einer Basislänge von dem Lichtsendeelement entfernt angeordnet und als linearer Positionsdetektor ausgebildet ist. Die Entfernung zum Objekt wird abhängig von demjenigen Lichtempfangsort auf dem Licht­ empfangselement errechnet, an dem das Lichtempfangselement den reflektierten Infrarotstrahl empfängt.

Da bei diesem Verfahren nur ein Paar aus Lichtsendeelement und Lichtempfangselement verwendet wird, ist es jedoch schwierig, die Entfernung richtig zu messen, wenn sich das Aufnahmeobjekt nicht in der Mitte des Suchers befindet. Deshalb hat man sogenannte Multi-AF-Entfernungsmesser ent­ wickelt, die mehrere Paare von Lichtsendeelementen und Licht­ empfangselementen verwenden. Bei diesem Multi-AF-Entfernungs­ messer sind die Lichtsendeelemente und die Lichtempfangs­ elemente einander fest zugeordnet, und jedes Paar von Ele­ menten dient der Entfernungsmessung zu lediglich einem von mehreren Objekten in unterschiedlichen Richtungen.

Wenn dieser Multi-AF-Entfernungsmesser zur Entfernungsmessung in einem Nahbereich oder einem Makrobereich verwendet wird, kann der Fall auftreten, daß das reflektierte Licht infolge des großen Reflexionswinkels am Objekt nicht mehr auf das zugeordnete Lichtempfangselement auftrifft. Daher ist es bei herkömmlichen Multi-AF-Kameras schwierig Aufnahmen im Makro­ bereich zu machen.

Aus der DE 37 09 907 A1 ist ein nach dem Triangulationsver­ fahren arbeitender Entfernungsmesser für Kameras bekannt, bei dem einer Vielzahl von Lichtsendeelementen zum Aussenden von Meßlichtstrahlen in unterschiedlichen Richtungen ein zweidi­ mensionaler Positionsdetektor zugeordnet ist, dessen Aus­ gangssignal vom Lichtempfangsort in Richtung der Basislänge abhängig, vom Lichtempfangsort in der zur Richtung der Basis­ länge senkrechten Richtung jedoch unabhängig ist. Die aus derselben Entfernung von Meßlichtstrahlen unterschiedlicher Richtungen herrührenden reflektierten Strahlen treffen auf dem Positionsdetektor in einer Richtung senkrecht zur Rich­ tung der Basislänge an unterschiedlichen Empfangsorten auf und führen jeweils zum selben Ausgangssignal des Positionsde­ tektors. Durch diese zweidimensionale Ausbildung des Posi­ tionsdetektors wird es ermöglicht, mit in unterschiedlichen Richtungen abstrahlenden Meßlichtstrahlen in ähnlicher Weise wie bei den vorerwähnten Multi-AF-Kameras die Entfernung zu Objekten zu messen, die sich nicht in der Mitte des Suchers befinden. Das Problem der Entfernungsmessung im Nah- oder Makrobereich tritt aber bei diesem Stand der Technik in glei­ cher Weise auf.

Aus der US 4,534,636 ist ein nach dem Triangulationsverfahren arbeitender Entfernungsmesser für Kameras bekannt, der mit einem einzigen Lichtsendeelement und mehreren in Richtung der Basislänge nebeneinander angeordneten Lichtempfangselementen auskommt. Zur Erfassung von Objekten, die sich nicht in der Mitte vor der Kamera befinden, wird die das Lichtsendeelement und die Lichtempfangselemente enthaltende Einheit mechanisch bewegt, so daß der Meßlichtstrahl des Lichtsendeelements einen gewissen Meßbereich überstreicht. Die Ausgänge der Lichtempfangselemente sind mit einer Verknüpfungsschaltung verbunden, die von den mittels der jeweiligen Lichtempfangs­ elemente gemessenen Entfernungen die kürzeste auswählt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Entfernungsmeßeinrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der eine Ent­ fernungsmessung ohne weiteres auch möglich ist, wenn sich das Aufnahmeobjektiv in einer Nahzone befindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Entfernungs­ meßeinrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Prinzips der Ar­ beitsweise der Erfindung, und

Fig. 3 ein Flußdiagramm der Arbeitsweise der Aus­ führungsform.

In Fig. 1 sind IR1, IR2 und IR3 Lichtsendeelemente, die je aus einer Licht im langwelligen Infrarotbereich abstrahlenden Leuchtdiode bestehen. Diese Lichtsendeelemente IR1, IR2 und IR3 sind in einer Reihe an der Vorderseite einer Kamera ange­ ordnet. LS1 ist eine Projektionslinse, die das Licht der einzelnen Lichtsendeelemente IR1 bis IR3 in Form jewei­ liger, sich in verschiedenen Richtungen ausbreitender Meß­ strahlen projiziert. Die Lichtsendeelemente IR1 bis IR3 und die Linse LS1 bilden einen Lichtsender.

EN ist eine Lichtsenderschaltung, die bewirkt, daß die Licht­ sendeelemente IR1, IR2 und IR3 Licht im Zeitmultiplexverfah­ ren abstrahlen.

PT1, PT2 und PT3 sind Lichtempfangselemente, die je aus Fo­ todioden bestehen. Jedes der Lichtempfangselemente PT1, PT2 und PT3 empfängt das von einem der Aufnahmeobjekte SB1, SB2 und SB3 reflektierte Licht und liefert ein Ausgangssignal entsprechend der Lichtempfangsstelle in seiner Längsrichtung. Die Lichtempfangselemente PT1, PT2 und PT3 sind in einer Reihe an der Vorderseite der Kamera angeordnet und sind für die Messung normaler Entfernungen 1 : 1 den Lichtsendeelementen IR1, IR2 bzw. IR3 zugeordnet.

LS2 ist eine Empfangslinse, die dazu dient, das von den ein­ zelnen Objekten reflektierte Licht auf die Lichtempfangs­ elemente PT1, PT2 und PT3 zu fokussieren.

CH ist eine Umschalteinrichtung, die aufgrund eines Steuer­ signals von einer später beschriebenen Hauptsteuerschaltung CR die Zuordnung zwischen den Lichtsendeelementen IR1, IR2 und IR3 und den Lichtempfangselementen PT1, PT2 und PT3 ändert. Im Fall normaler Entfernungen ist die Zuordnung zwi­ schen den Lichtsendeelementen IR1, IR2 und IR3 und den Licht­ empfangselementen PT1, PT2 und PT3 so, daß IR1 PT1, IR2 PT2 und IR3 PT3 entsprechen. Das heißt, im Fall normaler Entfer­ nung wird das Lichtempfangselement PT1, PT2 oder PT3 ausge­ wählt, wenn das Lichtsendeelement IR1, IR2 bzw. IR3 Licht abstrahlt.

DT1 und DT2 sind Detektorschaltungen, die die Ausgangssignale des von der Umschalteinrichtung CH ausgewählten Lichtemp­ fangselements PT1, PT2 oder PT3 erfassen.

CP ist eine Vergleichsschaltung, die ein Ausgangssignal ab­ gibt, wenn das Ausgangssignal des Lichtempfangselements PT1, PT2 oder PT3, das von der Detektorschaltung DT2 erfaßt wird, einen voreingestellten Bezugswert überschreitet. Obwohl die Ausführungsform den Vergleich auf der Basis des Ausgangs­ signals von nur einer Detektorschaltung ausführt, könnte er auch auf der Basis der Ausgangssignale beider Detektorschal­ tungen erfolgen.

OP ist eine Rechenschaltung, die ein Ausgangssignal ent­ sprechend der Entfernung zu einem Aufnahmeobjekt auf der Basis des Ausgangssignals der Detektorschaltungen DT1 und DT2 liefert.

AD ist ein A/D-Umsetzer zur Umsetzung des analogen Aus­ gangssignals der Rechenschaltung OP in einen einem Entfer­ nungswert entsprechenden Digitalwert.

MR ist eine Speicherschaltung aus einem ROM (Nur-Lesespei­ cher). Diese Speicherschaltung speichert Umwandlungskoeffi­ zienten, die dazu dienen, den von dem A/D-Umsetzer AD ge­ lieferten Entfernungswert in einen tatsächlichen Entfernungs­ wert umzuwandeln. Entsprechend den möglichen Zuordnungen der Lichtsendeelemente IR1, IR2 und IR3 zu den Lichtempfangsele­ menten PT1, PT2 und PT3 sind verschiedene Sätze von Umwand­ lungskoeffizienten vorgegeben.

CR ist eine Hauptsteuerschaltung zur Steuerung des gesamten Systems.

LC ist eine Objektivsteuerschaltung zur Steuerung der Stel­ lung des Kameraobjektivs (oder eines Teiles davon) nach Maß­ gabe der (tatsächlichen) Entfernungsinformation von der Hauptsteuerschaltung CR.

Unter Bezug auf Fig. 2 soll nachfolgend das Prinzip der Ar­ beitsweise erläutert werden.

Wenn ein gewisser Abstand zwischen der Kamera und den Auf­ nahmeobjekten SB11, SB22 und SB33 besteht, wenn also zum Bei­ spiel die Objekte sich außerhalb des Makrobereichs befinden, können die von den Lichtsendeelementen IR1, IR2 und IR3 auf die Objekte ausgesandten Meßstrahlen von den Lichtempfangs­ elementen PT1, PT2 bzw. PT3 empfangen werden. Wenn sich an­ dererseits die Objekte SB12 und SB23 im Makrobereich befin­ den, werden die Reflexionswinkel r12, r23 groß. Daher kann der vom Lichtsendeelement IR1 zur Objekt SB12 gesandte und von diesem reflektierte Meßstrahl beispielsweise nicht vom Lichtempfangselement PT1 empfangen werden. Vielmehr wird in diesem Fall dieser Meßstrahl vom Lichtempfangselement PT2 empfangen, während der von dem Lichtsendeelement IR2 zum Objekt SB23 gesandte und von diesem reflektierte Meßstrahl von dem Lichtempfangselement PT3 empfangen wird und die Aus­ gangssignale dieser Lichtempfangselemente verarbeitet werden. Wenn sich ein Objekt SB13 in einer sehr kurzen Entfernung (extremer Makrobereich) befindet, wird die Reflexion des vom Lichtsendeelement IR1 zum Objekt SB13 gesandten und von die­ sem reflektierten Meßstrahls vom Lichtempfangselement PT3 empfangen und das Ausgangssignal dieses Lichtempfangselements verarbeitet.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Ausführungsform soll nach­ folgend anhand des Flußdiagramms von Fig. 3 erläutert werden.

Wenn ein Auslöseschalter der Kamera niedergedrückt wird, be­ ginnt der Ablauf einer Folge von Vorgängen (a).

Zunächst wird unter der Steuerung der Umschalteinrichtung CH das Lichtempfangselement PT1 zu dem Zeitpunkt ausgewählt, zu dem das Lichtsendeelement IR1 abstrahlt, das Lichtempfangs­ element PT2 zu dem Zeitpunkt, zu dem das Lichtsendeelement IR2 abstrahlt, und das Lichtempfangselement PT3 zu dem Zeit­ punkt, zu dem das Lichtsendeelement IR3 abstrahlt (b). Das Ausgangssignal jedes der Lichtempfangselemente PT1, PT2 und PT3, das von der Detektorschaltung DT2 erfaßt wird, wird in der Vergleichsschaltung CP mit dem voreingestellten Bezugs­ wert verglichen (c).

Wenn wenigstens eines der Ausgangssignale der Lichtempfangs­ elemente PT1, PT2 und PT3 größer als der Bezugswert ist, das heißt wenn sich das Objekt außerhalb des Makrobereichs befindet, geht der Betriebsablauf wie folgt weiter. In der Rechenschaltung OP erfolgt die Datenverarbeitung auf der Basis der Ausgangssignale der Detektorschaltungen DT1 und DT2. Jedes Rechenergebnis wird im A/D-Umsetzer AD von der analogen in die digitale Form umgesetzt und dann als Entfer­ nungswert an die Hauptsteuerschaltung CR gesandt (d). In der Hauptsteuerschaltung CR wird von diesen digitalen Entfer­ nungswerten der kleinste ausgewählt und entsprechend der (tatsächliche) Entfernungswert ausgegeben (e). Die Objektiv­ steuerschaltung LC steuert die Stellung des Kameraobjektivs auf der Basis dieses Entfernungswerts von der Hauptsteuer­ schaltung CR.

Wenn die Ausgangssignale aller Lichtempfangselemente PT1, PT2 und PT3 kleiner als der in der Vergleichsschaltung CP gehal­ tene Bezugswert sind (c), wird die Zuordnung zwischen den Lichtsendeelementen und den Lichtempfangselementen geändert. Demgemäß wird unter der Steuerung der Umschalteinrichtung CH das Lichtempfangselement PT2 zu dem Zeitpunkt ausgewählt, zu dem das Lichtsendeelement IR1 Licht abstrahlt, und das Licht­ empfangselement PT3 zu dem Zeitpunkt, zu dem das Lichtsende­ element IR2 abstrahlt (g). Jedes der Ausgangssignale der Lichtempfangselemente PT2 und PT3, das von der Detektorschal­ tung DT2 erfaßt wird, wird in der Vergleichsschaltung CP mit dem voreingestellten Bezugswert verglichen (h).

Wenn eines der beiden Ausgangssignale der Lichtempfangsele­ ment PT2 und PT3 größer als der Bezugswert ist, wenn sich also das Objekt im Makrobereich befindet, dann läuft die Ver­ arbeitung wie folgt. In der Rechenschaltung OP erfolgt die Datenverarbeitung auf der Basis der Ausgangssignale der Detektorschaltungen DT1 und DT2. Jedes Rechenergebnis wird in dem A/D-Umsetzer AD von der analogen in die digitale Form umgesetzt und dann als Entfernungswert an die Hauptsteuer­ schaltung CR gesandt (i). In der Hauptsteuerschaltung CR wird von den beiden digitalen Entfernungswerten der kleinere ausgewählt (j). Der so ausgewählte Entfernungswert wird auf der Basis der in der Speicherschaltung MR gespeicherten Um­ wandlungsdaten in einen tatsächlichen Entfernungswert umge­ setzt. Die Objektivsteuerschaltung LC steuert dann die Stel­ lung des Kameraobjektivs auf der Basis dieses von der Haupt­ steuerschaltung CR gelieferten Entfernungswerts (f).

Wenn die Ausgangssignale beider Lichtempfangselemente PT2 und PT3 kleiner sind als der in der Vergleichsschaltung CP gehal­ tene Bezugswert (h), wird erneut die Zuordnung zwischen den Lichtsendeelementen und den Lichtempfangselementen geändert.

Das heißt unter der Steuerung durch die Umschalteinrichtung CH wird das Lichtempfangselement PT3 zu dem Zeitpunkt ausge­ wählt, zu dem das Lichtsendeelement IR1 Licht abstrahlt (k). Das Ausgangssignal des Lichtempfangselements PT3, das von der Detektorschaltung DT2 erfaßt wird, wird in der Vergleichs­ schaltung CP mit dem voreingestellten Bezugswert verglichen (m).

Wenn das Ausgangssignal des Lichtempfangselements PT3 größer als der Bezugswert ist, wenn sich also das Objekt im sehr nahen Makrobereich befindet, dann schließt sich folgende Arbeitsweise an. In der Rechenschaltung OP erfolgt die Daten­ verarbeitung auf der Basis der Ausgangssignale der Detektor­ schaltungen DT1 und DT2. Das Rechenergebnis wird im A/D- Umsetzer AD von der analogen in die digitale Form umgesetzt und als Entfernungswert an die Hauptsteuerschaltung CR gesandt (n). Der Entfernungswert wird auf der Basis der in der Speicherschaltung MR gespeicherten Umwandlungsdaten in einen tatsächlichen Entfernungswert umgewandelt. Die Ob­ jektivsteuerschaltung LC steuert die Stellung des Kameraob­ jektivs auf der Basis dieses von der Hauptsteuerschaltung CR gelieferten Entfernungswerts.

Wenn das Ausgangssignal des Lichtempfangselements PT3 kleiner als der in der Vergleichsschaltung CP gehaltene Bezugswert ist (m), dann wird die Entfernung zum Objekt als unendlich betrachtet und dementsprechend unendlich als Entfernungswert verwendet (p). Die Objektivsteuerschaltung LC steuert die Stellung des Kameraobjektivs dann auf der Basis dieses von der Hauptsteuerschaltung CR gelieferten Entfernungswerts (f).

Wie oben beschrieben, kann mit der erläuterten Ausführungs­ form das Kameraobjektiv automatisch in einem weiten Entfer­ nungsbereich fokussiert werden, gleichgültig ob sich das Objektiv in weiter oder in sehr naher Entfernung von der Kamera befindet.

Bei der beschriebenen Ausführungsform kann im Sucher "Makro" oder "sehr Makro" angezeigt werden, wenn festgestellt wird, daß sich das Objekt im Makrobereich bzw. im sehr nahen Makrobereich befindet.

Obwohl eine automatische Auswahl des Normalbereichs, des Makrobereichs oder des sehr nahen Makrobereichs vorgesehen ist, kann die Auswahl des Bereichs auch durch manuelle Umschaltung erfolgen.

Die vorliegende Erfindung erlaubt es, die Zuordnung zwischen der Lichtsendeeinrichtung und der Lichtempfangseinrichtung zu ändern oder festzustellen, welches Lichtempfangselement das von dem Objekt reflektierte Licht empfangen hat, so daß eine Entfernungsmessung auch im Makrobereich leicht ausgeführt werden kann.

Claims (1)

1. Entfernungsmeßeinrichtung eines automatischen Fokus­ siersystems einer Kamera, umfassend eine aus einer Anzahl von Lichtsendeelementen bestehende Lichtsendeeinrichtung (IR1-IR3, EM) zum aufeinanderfolgenden Aussenden einer Vielzahl von Meßlichtstrahlen in unterschiedliche Richtungen, eine Lichtempfangseinrichtung (PT1-PT3) bestehend aus einer der Vielzahl von Meßlichtstrahlen entsprechenden Vielzahl von im Abstand von der Lichtsendeeinrichtung in einer Reihe ange­ ordneten linearen Positionsdetektoren, die in bestimmter Weise den Lichtsendeelementen empfangsbereit zugeordnet sind und die jeweils an innerhalb eines bestimmten Empfangsberei­ ches gelegenen Objekten reflektierte Meßlichtstrahlen des zu­ geordneten Lichtsendeelements aus Richtungen innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs empfangen, um ein Ausgangssignal abzugeben, das in Abhängigkeit von der Lage des Empfangsortes auf dem Positionsdetektor entlang einer gegebenen Basislänge variiert, und eine Einrichtung (OP) zur Bestimmung der Entfernung zu dem Objekt auf der Basis des Ausgangssig­ nals der Lichtempfangseinrichtung (PT1-PT3), gekennzeichnet durch eine Umschaltein­ richtung (CH), die die Zuordnung zwischen den Lichtsendeele­ menten und den Positionsdetektoren derart ändert, daß auch an Objekten in einem näher oder weiter entfernt gelegenen Entfernungsbereich reflektierte Meßlichtstrahlen mittels der Lichtempfangseinrichtung gemessen werden können.