DE69019717T2

DE69019717T2 - Vorrichtung zur selbsttätigen Fokussierung.

Info

Publication number: DE69019717T2
Application number: DE69019717T
Authority: DE
Inventors: Takamichi Takehana; Masatoshi Yamada
Original assignee: Kodak Digital Product Center Japan Ltd
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1990-01-17
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 1995-09-21
Anticipated expiration: 2010-12-22
Also published as: JP2958464B2; EP0437966B1; DE69019717D1; EP0437966A3; EP0437966A2; JPH03212632A; US5121153A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Autofokus-System für Kameras, wie z.B. Fotoapparate, Videokameras usw., und zwar auf ein Autofokus-System mit einem aktiven Entfernungsmessungssystem unter Verwendung der Triangulation einerseits sowie mit einem passiven Entfernungsmessungssystem unter Verwendung eines Systems zur Erkennung der Bildphasenverschiebung andererseits für die Einstellung der Fokussiervorrichtung entsprechend den von den genannten Systemen ermittelten Entfernungswerten.
Ein Beispiel für ein herkömmliches Autofokus-System wird in der japanischen Patentveröffentlichung IP-A-63-212912 beschrieben, in der eine Vorrichtung offenbart wird, die über ein aktives Entfernungsmessungssystem unter Verwendung der Triangulation einerseits und über ein passives Entfernungsmessungssystem mit einem System zur Erkennung der Bildphasenverschiebung verfügt, sodaß die Fokussiervorrichtung gemäß dem somit erhaltenen Entfernungswert eingestellt wird. Kann die Entfernung zum Objekt mit Hilfe des passiven Enfernungsmessungssystems nicht ermittelt werden, so verwendet das System die aktive Entfernungsmessung für die Ermittlung der Entfernung. Die Bildschärfe stellt sich dann auf die vom aktiven Entfernungsmessungssystem ermittelte Entfernung ein. Abschließend erfolgt eine wiederholte Einstellung der Bildschärfe unter Berücksichtigung der Daten des passiven Entfernungsmessungssystems.
Die Vorrichtung mißt zunächst den Abstand zum Objekt mit Hilfe der passiven Entfernungsmessung. Tritt bei dieser Messung ein unannehmbar hoher Grad der Unschärfe auf - ist also die Schärfeneinstellung mit Hilfe der passiven Entfernungsmessung zu schwierig - so wird der Entfernungswert aus der aktiven Entfernungsmessung verwendet, um den Fokus auf einen Punkt zu verschieben, an dem eine Einstellung der Bildschärfe mit Hilfe des passiven Entfernungsmessungssystems möglich ist. Ergibt sich aus der anfänglichen passiven Entfernungsmessung ein ausreichend geringer Grad der Unschärfe, kann die Bildschärfeneinstellung unter Verwendung der passiven Entfernungsmessung - also ohne das aktive Entfernungsmessungssystem - abgeschlossen werden.
Im Falle eines 100mm-Teleobjektivs beispielsweise ist der mit dem Verfahren der passiven Erkennung der Bildphasenverschiebung erkennbare Grad der Unschärfe nicht für den gesamten Entfernungsbereich zwischen unendlich und dem geringsten Einstellabstand zufriedenstellend. Mit dem oben genannten Verfahren werden diese Unzulänglichkeiten durch das Umschalten auf die aktive Entfernungsmessung überwunden.
Die passive Entfernungsmessung wird solange angewendet bis der für einen zufriedenstellenden Fokus zulässige Grad der Unschärfe überschritten wird. Aus einem zu hohen Grad der Unschärfe ergibt sich für die Entscheidung zur Verwendung der aktiven Entfernungsmessung zunächst eine sehr umfangreiche Erfassung passiver Enfernungsdaten, deren Berechnung viel Zeit in Anspruch nimmt. Dem entsprechend verlängert sich die Dauer der Entfernungseinstellung um ein Vielfaches.
Beim aktiven Entfernungsmessungssystem unter Verwendung der Triangulation tritt aufgrund einer Schärfeneinstellung über das gewünschte Objekt hinaus das Problem der sogenannten Hintergrundeinstellung auf. Eine Hintergrundeinstellung wird dadurch verursacht, daß das zur Bestimmung des Abstands zu einem Objekt ausgesandte Licht dieses Objekt verfehlt und auf den Hintergrund trifft. Dieses Phänomen tritt beispielsweise dann auf, wenn es sich bei dem aufzunehmenden Objekt um zwei nebeneinanderstehende Personen mit einem zwischen ihnen erkennbaren Hintergrund handelt, oder in ähnlichen Situationen. Diese Erscheinung der Hintergrundeinstellung zu vermeiden, verlangt vom Fotografierenden große Aufmerksamkeit und erhöht somit seinen Arbeitsaufwand.
Dem aktiven Entfernungsmessungssystem sind beim Messen des entferntesten Punkts seiner Reichweite Grenzen gesetzt. Dieser Umstand ist auf die begrenzte Anzahl von emittiertem Licht zurückzuführen, das aus einem geeigneten Lichtemissionselement verfügbar ist.
Probleme in der aktiven Entfernungsmessung treten aufgrund von Parallexenproblemen auch beim nahesten Punkt auf. Diese Parallexenprobleme resultieren aus den Stellungsbeziehungen zwischen dem Entfernungsmessungsbereich und dem Objekt.
Aus den genannten Tatsachen ergibt sich aber auch, daß das aktive Entfernungsmessungssystem bei relativ kurzer Entfernung ausreichend leistungsfähige Ergebnisse erzielt. Das Problem der Hintergrundeinstellung aufgrund einer Schärfeneinstellung über das Objekt hinaus kann gelöst werden, indem der Entfernungsmessungsbereich beispielsweise durch eine Erhöhung der Anzahl der Lichtemissionselemente vergrößert wird. Ein Beispiel für diese Methode wird in der Japanischen Patentveröffentlichung JP-A-62-223734 des Bewerbers der vorliegenden Erfindung dargelegt.
Im Gegensatz zu den aktiven Entfernungsmessungssystemen, sind die passiven Entfernungsmessungssysteme in der Regel frei von Parallaxproblemen und dazu geeignet, den Abstand zum Mittelpunkt des Objekts zwischen dem geringsten Einstellabstand und unendlich zu messen. Der mögliche Bereich für die Messung der Abstände ist allerdings relativ klein. Durch den Versuch, den meßbaren Bereich zu vergrößern, können neue Probleme entstehen, wie z.B.die Erhöhung der Anzahl der Bildsensorelemente für die Entfernungsmessung.
Ein Autofokussystem mit aktiven und passiven Entfernungsmessern gemäß Präambelteil des Anspruchs 1, wird in US-A-4,592,638 offenbart.
Wie oben beschrieben, verfügen sowohl aktive als auch passive Entfernungsmessungssysteme über entsprechende Vor- und Nachteile, und bislang ist es nicht gelungen, die jeweils vorteilhaften Merkmale der beiden Systeme zu einer leistungsstarken Kombination zu verknüpfen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Autofokus-System, in dem die vorteilhaften Merkmale der aktiven und passiven Entfernungssysteme in vollem Umfang miteinander verbunden werden, und mit dem man eine genaue Bildschärfe zwischen dem geringsten Abstand und Unendlich ermöglicht, wobei dafür selbst bei Schnappschüssen nur eine einfache Betätigung erforderlich sein soll.
Ein Autofokus-System nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht aus einem aktiven Entfernungsmessungssystem, das mit einem passiven Entfernungsmessungssystem kombiniert ist. Bei der aktiven Entfernungsmessung wird zur Bestimmung des Entfernung zu dem zu fotografierenden Objekt die Triangulation verwendet. Von einem oder mehreren Lichtemissionselement/en wird ein Lichtstrahl auf das Objekt geworfen. Das vom Objekt reflektierte Licht wird von einem photoelektrischen Umwandler aufgefangen. Bei der passiven Entfernungsmessung kommt die Erkennung der Bildphasenverschiebung zur Anwendung. Dabei wird der Grad der Unschärfe bestimmt, indem zunächst entsprechend der Menge der verschiedenen Lichtpfade eine Vielzahl von empfangenen Bildern des Objekts erstellt wird, und anschließend jedes dieser Bilder mit Hilfe der photoelektrischen Umwandler erkannt wird. Die Ausgaben des photoelektrischen Umwandlers werden zur Bestimmung der Phasenverschiebungen zwischen den Bildern verwendet. Mit Hilfe einer Einstellvorrichtung wird die Einstellinse innerhalb des Photoobjektivs auf eine Schärfe entsprechend des aktiven oder des passiven Entfernungsmessungssystems eingestellt. Mit Hilfe einer Entfernungsbewertungsvorrichtung wird festgestellt, ob der Entfernungswert aus dem aktiven Entfernungsmessungssystem innerhalb eines vorgewählten Entfernungsbereichs liegt. Liegt der Entfernungswert außerhalb des vorgewählten Entfernungsbereichs, wird die Einstellinse durch die Fokussiervorrichtung so verstellt, daß der Entfernungswert innerhalb des vorgewählten Bereichs liegt. Sobald der Entfernungswert innerhalb des vorgewählten Entfernungsbereichs gelangt, wird das Steuersignal der Fokussiervorrichtung auf das passive Entfernungsmessungssystem übertragen. Wenn die Anfangsentfernungsdaten aus dem aktiven Entfernungsmessungssystem innerhalb des vorgewählten Bereichs liegen, wird das Steuersignal der Fokussiervorrichtung vom passiven Entfernungsmessungssystem sofort übernommen. Ein Verschiebungsmesser mißt die von der Linse zurückgelegte Wegstrecke der Verschiebung. Eine Vergleichseinheit berechnet auf der Grundlage der gemessenen Verschiebung die tatsächliche Differenz zwischen der aktuellen Stellung der Einstellinse und dem vom aktiven Entfernungsmessungssystem ermittelten Entfernungswert und bestimmt ferner den relativen Größenwert zwischen der somit errechneten tatsächlichen Differenz und dem vorgewählten Grad der Unschärfe. Eine Schaltvorrichtung zur Fokussiervorrichtung überträgt das Steuersignal der Fokussierungsvorrichtung entsprechend den Daten aus der aktiven Entfernungsmessung, entweder wenn der gemessene Abstand laut Entfernungsmesser innerhalb des vorgewählten Bereichs liegt oder das Ergebnis der genannten Messung negativ ist und die Differenz durch die Vergleichseinheit als größer als der vorgewählte Grad der Unschärfe bewertet wird. Sobald diese Bedingungen erfüllt sind, führt die Fokussiervorrichtung die Schärfeneinstellung in Übereinstimmung mit den Daten aus der passiven Entfernungsmessung aus, sofern sich aus der Bewertung durch den Entfernungsbewerter ein gemessener Wert außerhalb des Bereichs ergibt, die Einstellung der Fokussiervorrichtung entsprechend den Daten aus der aktiven Entfernungsmessung vollendet ist und das passive Entfernungsmessungssystem die Linse immer noch als im unfokussierten Zustand befindlich bewertet, oder wenn die genannte Differenz von der Vergleichseinheit als unterhalb des vorgewählten Grads der Unschärfe eingestuft wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Entfernung zum Objekt zunächst durch das aktive Entfernungsmessungsystem gemessen. Ergibt sich für die gemessene Entfernung ein Wert innerhalb des festgelegten Bereichs, wird die Schärfeneinstellung vom aktiven Entfernungsmessungssystem ausgeführt. Liegt der Wert hingegen außerhalb der festgelegten Grenze, wird die Abweichung zwischen den Daten aus der aktiven Entfernungsmessung und der aktuellen Linseneinstellung berechnet und es erfolgt eine Bewertung, ob die genannte Abweichung kleiner als die vorgewählte Abweichung ist (voreingestellter Grad der Unschärfe). Liegt das Ergebnis unterhalb der vorgewählten Abweichung, erfolgt die Schärfeneinstellung unmittelbar durch das passive Entfernungsmessungssystem. Im Falle einer Abweichung, die größer ist als die vorgewählte, wird die Linse gemäß den durch das aktive Entfernungsmessungssystem ermittelten Daten in Einstellrichtung verschoben, und anschließend das passive Entfernungsmessungssystem betätigt, so daß der Einstellvorgang gemäß den durch das passive System ermittelten Daten ausgeführt wird.
Die vorliegende Erfindung umfaßt kurz gesagt ein Autofokus-System mit einem aktiven und einem passiven Entfernungsmessungssystem. Zunächst wird vom aktiven Entfernungsmessungssystem eine Anfangsmessung vorgenommen. Ist aus der Anfangsmessung erkennbar, daß die Bildschärfe des Objektivs innerhalb eines vorgewählten Bereichs liegt, so wird das Steuersignal für die weitere Schärfeneinstellung unmittelbar zum passiven Entfernungsmessungssystem übertragen. Wird diese Bedingung anfänglich nicht erfüllt, erfolgt eine Schärfeneinstellung des Objektivs auf der Grundlage von Daten aus dem aktiven Entfernungsmessungssystem. Dabei wird die Differenz zwischen der gemessenen Entfernung und dem Abstand bei dem die Linse eingestellt wird, überwacht. Fällt diese Differenz unter einen zuvor festgelegten Grenzwert, wird die Entfernungsmessungsfünktion auf das passive Entfernungsmessungssystem übertragen. Die Differenz zwischen dem Abstand, der vom aktiven Entfernungsnmessungssystem gemessen wurde und dem Abstand, bei dem die Linse eingestellt wird, dient der Bestimmung des Grads der Unschärfe. Liegt der Grad der Unschärfe unterhalb des vorgewählten Grades der Unschärfe, wird die Entfernungsmessfünktion auf das passive Entfernungsmessungssystem übertragen. In einer Ausführungsform verwendet das aktive Entfernungsmessungssystem eine Vielzahl von auseinanderliegenden Lichtemissionselementen, die physisch voneinander getrennte Objekte beleuchten.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Autofokus-System für ein Objektiv vorgelegt, das folgendes umfaßt: ein aktives Entfernungsmessungssystem; ein passives Entfernungsmessungssystem; eine Vorrichtung für die Durchführung von Anfangsentfernungsmessungen durch das aktive Entfernungsmessungssystem, Einstellvorrichtungen zum Verstellen der Brennweite eines Objektivs gemäß den Entfernungsdaten aus dem aktiven oder dem passiven Entfernungsmessungssystem; eine Vorrichtung zur Bewertung, ob die anfänglichen Entfernungsmeßergebnisse innerhalb des im voraus festgelegten Bereichs liegen; eine Vorrichtung zur Aktualisierung des berechneten aktuellen Abstands, bei dem das Objektiv eingestellt wird; eine Vorrichtung zum sofortigen Übertragen des Steuersignals von der Einstellvorrichtung zum passiven Entfernungsmessungssystem, wenn der anfängliche Entferungsmessungswert innerhalb des zuvor festgelegten Bereichs liegt; eine Vorrichtung zur Berechnung des Grads der Unschärfe aus der Abweichung zwischen der gemessenen Entfernung und dem berechneten aktuellen Abstand; sowie eine Vorrichtung zur Übertragung von Entfernungsmessungen zum passiven Entfernungsmessungssystem, wenn eine der nachstehenden Bedingungen vorliegt: 1) die gemessene Entfernung weicht von dem errechneten Abstand lediglich um einen zuvor festgelegten Wert ab, oder 2) der Grad der Unschärfe ist kleiner als der zuvor festgelegte Grad der Unschärfe.
Die oben genannten sowie weitere Objekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden noch deutlicher anhand der nachstehenden Beschreibungen im Zusammenhang mit den dazugehörigen Zeichnungen, in denen dieselben Elemente jeweils mit Bezugsziffern versehen sind.
Abb. 1 ist ein Blockdiagramm, in dem das Autofokus-System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
Abb.2 ist ein länglicher Querschnitt des Photoobjektivs, der in dem Autofokussystem in Abb.1 verwendet werden kann.
Abb.3 ist eine Schrägansicht des Getriebemechanismus in Abb.2
Abb.4 ist eine schematische Seitenansicht einer Kamera, die mit einem System nach Abb.1 ausgestattet ist.
Abb.5A und 5B sind Kurvendiagramme, auf die bei der Erläuterung der Funktionsweise des in der vorliegenden Erfindung verwendeten, passiven Entfernungsmessungssystems Bezug genommen wird.
Abb.6 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der Entfernungsmessung bei einer relativ geringen Entfernung
Abb.7 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der Entfernungsmessung bei einer Entfernung größer als die in Abb.6 genannte.
Abb.8 ist ein Flußdiagramm, auf das bei der Erläuterung der Funktionsweise des Systems in Abb.1 Bezug genommen wird.
Bezugnehmend auf Abb.1 umfaßt ein Autofokus-System ein aktives Entfernungsmessungssystem 11 unter Verwendung der Triangulation und ein passives Entfernungsmessungssystem 12 unter Verwendung eines Systems zur Erkennung der Bildphasenverschiebung.
Das aktive Entfernungsmessungssystem gleicht im wesentlichen dem in der Japanischen Patentveröffentlichung JP-A-62-223 734 offenbarten System des Inhabers der vorliegenden Erfindung. Mehrere (gemäß der in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsform drei) Lichtemissionselemente 13 sind so angeordnet, daß sie die Grundlänge der Triangulation im rechten Winkel schneiden. Die Lichtemissionselemente werden nacheinander durch einen Lichtschaltkreis 14 ausgelöst. Die Lichtstrahlen 13a, 13b, 13c, wie z.B. Infrarotstrahlen, von Lichtemissionselementen 13 werden durch eine Lichtemissionslinse 15 auf ein oder mehrere Objekte 16 gerichtet, die aufgenommen werden sollen. Die vom Objekt 16 reflektierten Lichtstrahlen gehen nacheinander durch eine Lichtempfangslinse 17 zu einem photoelektrischen Umwandler 18. Das photoelektrische Umwandler 18 ist so aufgebaut, daß er alle vom Objekt 16 reflektierten Lichtstrahlen aufnimmt und je nach entsprechendem Einfallswinkel der vom Objekt 16 reflektierten Lichtstrahlen die Entfernungssignale Delta I1 und Delta I2 erzeugt. Der photoelektrische Umwandlungsschaltkreis 18 verwendet die Entfernungssignale für den Standard- Entfernungsberechnungsschaltkreis 19. Der Entfernungsberechnungsschaltkreis 19 wandelt die Entfernungssignale zur Anwendung auf einem Mikrocomputer 21 in ein digitales m-bit-Signal um.
Der Meßlichtschaltkreis 14 und der Entfernungsberechnungsschaltkreis 19 dienen für spezielle Steuerungen, die gemäß den vom Mikrocomputer erstellten Befehlen nach einem nachstehend beschriebenen Zeitplan erfolgen.
Das passive Entfernungsmessungssystem 12 verwendet die Erkennung der Bildphasenverschiebung zur Bestimmung des Abstands zum Objekt 16. Bilder vom Objekt 16 gelangen in ein Photobjektiv 23 und werden über einen Klappspiegel 24 und einen Zusatzspiegel 25 durch eine Projektionslinse 26 auf Bildeinstellinsen 27 reflektiert. Die Bildeinstellinsen 27 bilden auf dem photoelektrischen Umwandler (nachstehend Bildsensor 28) eine Vielzahl von Bildern. Jedes auf diese Weise geformte Bild entsteht auf unterschiedlichem Wege. Der Grad der Unschärfe in dem Bild wird durch die Phasenverschiebung zwischen den entsprechenden vom Bildsensor 28 erkannten Bildern bestimmt.
Die Befehle zum Auslösen des Bildsensors 28 werden vom Mikrocomputer 21 nach einem nachstehend beschriebenen Zeitplan erzeugt. Der durch das Auslösen des Bildsensors 28 entstehende Grad der Unschärfe, mit anderen Worten der jeweils gemessene Entfernungswert, wird in den Mikrocomputer 21 eingegeben.
Eine Fokussiervorrichtung 30 umfaßt einen den Motor ansteuernden Schaltkreis 31, der von dem Entfernungswert aus dem Mikrocomputer 21 geregelt wird. Die Entfernungsdaten können sowohl aus dem aktiven Entfernungsmessungssystem 11 als auch aus dem passiven Entfernungsmessungssystem 12 stammen. Mit Hilfe eines Motors 32, der das Objektiv antreibt, werden die Signale von dem den Motor antreibenden Schaltkreis 31 gesteuert und somit die Einstellinse (die in Abb.1 nicht dargestellt ist) innerhalb des Photoobjektivs 23, das weiter unten erläutert wird , in Einstellrichtung verschoben.
Die Fokussiervorrichtung 30 umfaßt einen Impulserzeugungsschaltkreis 33, der zahlreiche Impulsignale erzeugt, die dem jeweiligen Abstand entsprechen, um den die Bildeinstellinse verstellt wird.
Nunmehr bezugnehmend auf Abb.2 umfaßt ein Photoobjektiv 23 einen Vorderrahmen 37, der am Vorderteil (in der Abb.2 auf der linken Seite) eines unbeweglichen Zylinders 35 angebaut ist. An den unbeweglichen Zylinder 35 ist ein Linsensatz 38 mit einer dazwischenliegenden Schraubenfläche befestigt. Ein Zoom- Nockenzylinder 39 ist innerhalb des unbeweglichen Zylinders 35 untergebracht. Der Zoom-Nockenzylinder 39 kann um ein Achse des unbeweglichen Zylinders gedreht werden.
Ein Hinterrahmen 40 ist mit dem hinteren Teil (in Abb.2 auf der rechten Seite) des Zoom-Nockenzylinders 39 verbunden. Vom Hinterrahmen 40 wird ein Linsensatz 41 getragen. Der Zoom-Nockenzylinder ist mit einem Zoomring 44 verbunden, der um die Außenfläche des unbeweglichen Außenzylinders 43 drehbar angebracht ist. Der Zoom-Nockenzylinder 39 bewirkt die Brennweiteneinstellung beim Drehen, wohingegen die jeweils am Vorderrahmen 37 bzw. Hinterrahmen 40 angebrachten Linsensätze 38 und 41 durch Vorwärts- bzw. Rückwärtsbewegung des Nockens verschoben werden.
Der Objektivmotor 32 wird von einer unbeweglichen Befestigungsfläche 45 innerhalb des hinteren Teils des unbeweglichen Außenzylinders gehalten. Der Objelktivmotor 32 treibt über einen Zahnradmechanismus 46 einen Einstellring 47 an, der innerhalb des unbeweglichen Außenzylinders 43 drehbar angebracht ist. Der Einstellring 47 ist mit dem Vorderrahmen 37 fest verbunden. Der Vorderrahmen 37 bewegt sich zusammen mit dem sich drehenden Einstellring 47 um die Schraubenfläche 36, wodurch schließlich die Schärfeneinstellung erreicht wird.
Nunmehr bezugnehmend auf Abb.3 besteht das Zahnradgetriebe 46 aus einem Zahntrieb 50, der über eine Welle mit dem die Linse antreibenden Motor 32 verbunden ist. Ein Getriebezug des Zahntriebs 50 umfaßt in der Reihenfolge die Kegelradgetriebe 51 und 52, sowie einen Zahntrieb 53. Der Zahntrieb 53 treibt den Einstellring 47 an (Abb.2). Mit dem Kegelradgetriebe 51 wird ferner ein Leerlaufritzel 54 angetrieben, das wiederum ein Flügelrad 55 antreibt. Das Flügelrad 55 ist vor einem rillenförmigen Erfassungselement eines Bildsignalunterbrechers 57 angeordnet. Da sich jeder Flügel des Flügelrades 55 durch den Bildsignalunterbrecher 57 dreht, wird beim "Zerhacken" des empfangenen Lichts vom Lichtempfangselement ein elektrisches Impulssignal erzeugt.
Die Drehung des Flügelrades 55, sowie die zahlreichen vom Bildsignalunterbrecher 57 erzeugten Impulse entsprechen genau der Entfernung, über die die Bildeinstellinse bei der Schärfeneinstellung verschoben wird. Die Verbindung von Flügelrad 55 und Bildsignalunterbrecher 57 umfaßt ferner einen Impulserzeugungsschaltkreis 33.
Der Mikrocomputer 21 zeichnet die Anzahl der vom Impulserzeugungsschaltkreis 33 erzeugten Impulssignale auf und betrachtet das Berechnungsergebnis als den Abstand, um den die Einstellinse verstellt wurde.
Der Mikrocomputer 21 führt ferner eine Entfernungsbewertungsfünktion aus, wobei er feststellt, ob der vom aktiven Entfernungsmessungssystem 11 ermittelte Entfernungswert innerhalb eines zuvor festgelegten Bereichs liegr. Ferner verfolgt er direkt die vom Objektiv ausgeführte Bewegung und berechnet die Abweichung zwischen der berechneten aktuellen Stellung des Objektivs und dem vom aktiven Entfernungsmessungssystem 11 ermittelten Entfernungswert. Der Mikrocomputer 21 vergleicht dann die errechnete Abweichung mit dem voreingestellten Grad der Unschärfe, um den jeweils größeren Wert festzustellen.
Der Mikrocomputer 21 steuert darüber hinaus das Hin- und Herschalten zwischen den einzelnen Einstellverfahren. Mit Hilfe der Verfahrensschaltung werden die für die Steuerung der Fokussiervorrichtung 30 geeigneteren der passiven oder aktiven Entfernungsdaten ausgewählt. Die Auswahl des Wertes aus der aktiven Entfernungsmessung erfolgt dann, wenn sich aus der Bewertung ergibt, daß der Wert aus der aktiven Entfernungsmessung innerhalb eines festgelegten Bereichs liegt, oder wenn der Entfernungswert zwar als außerhalb des Bereichs liegend bewertet wird, aus dem Vergleich jedoch deutlich wird, daß die Abweichung bei der berechneten aktuellen Position der Einstellinse größer ist als der voreingestellte Grad der Unschärfe.
Wenn der Wert aus der aktiven Entfernungsmessung nach einer entsprechenden Bewertung außerhalb des Bereichs liegt und die Bildschärfe am Gerät noch nicht eingestellt ist, wird das Steuersignal der Fokussiervorrichtung vom aktiven Entfernungsmessungssystem 11 auf das passive Entfernungsmessungssystem 12 übertragen. Die Übertragung der Steuerung auf das passive Entfernungsmessungssystem erfolgt auch dann, wenn sich aus dem Vergleich der Daten ergibt, daß die Abweichung kleiner ist als der voreingestellte Grad der Unschärfe.
Abb.4 zeigt den Umriß einer Kamera, die ein Autofokus-System mit einem aktiven Entfernungsmessungssystem 11 und einem passiven Entfernungsmessungssystem 12 enthält. Sie verfügt über einen Spotlicht- Auswahlschalter 60 zur Aufnahme flacher bzw. sehr flacher Objekte, wie z.B. eines Wandgemäldes. Nach dem EINschalten des Spotlicht-Auswahlschalters wird die Entfernungssteuerung unmittelbar vom passiven Entfernungsmessungssystem 12 auch dann übernommen, wenn der Abstand zum Objekt innerhalb des Entfernungsmessungsbereichs der aktiven Entfernungsmessung 11 liegt (N1< =A< =N2).
In den Abb. 5A und 5B werden die Zusammenhänge zwischen den vom passiven Entfernungsmessungssystem 12 erzeugten Ausgangssignalen und den beiden in den Abb. 1 und 4 dargestellten Bildsensoren 28 dargestellt. Während in Abb.5A die Ausgangssignale für ein System im fokussierten Zustand dargestellt werden, zeigt Abb.5B die Ausgangssignale für ein System im unfokussierten Zustand. Ein durch das Photoobjektiv 23 eindringendes Bild des Objektes wird mit Hilfe eines Klappspiegels 24 und eines Zusatzspiegels 25 durch eine Projektionslinse 26 und eine Reihe von Einstellinsen 27 auf die entsprechenden Bildsensoren 28 reflektiert. Die beiden Spiegel 24, 25 bilden ein TTL-AF- Optiksystem.
Wenn das Photoobjektiv 23 scharf eingestellt ist, beträgt die Phasenverschiebung zwischen den Ausgängen A1 und A2 der Bildsensoren 28 ungefähr Null (vgl. Abb.5A). Wenn das Photoobjektiv 23 nicht scharf eingestellt ist, ergibt sich zwischen den Ausgängen A1 und A2 eine Phasenverschiebung X. Der Mikrocomputer verwendet diese Phasenverschiebung X als gemessenen Entfernungswert.
Abb.6 zeigt die Bedingungen, unter denen der Abstand zu relativ nahen Objekt (z.B. 11,06m bis 3,53m) gemessen werden soll. Mit den Ziffern 13a, 13b und 13c werden in der Zeichnung die entsprechenden Entfernungsmeßpunkte bezeichnet, die von den Lichtemissionselementen 13 des aktiven Entfernungsmessungssystem 11 beleuchtet werden. Entsprechend dem in der Abbildung dargestellten Beispiel beziehen sich die beiden Meßpunkte, 13a und 13c auf die Objekte, d.h. auf die beiden Personen, für die die Entfernungsmessung verlangt wird. Der andere Meßpunkt 13b bezieht sich ausschließlich auf den Hintergrund. In der Regel wird der mit Hilfe der beiden (näher an der Kamera liegenden) Entfernungsmeßpunkte 13a und 13b [13c]¹ erlangte Entfernungswert für die Schärfeneinstellung verwendet.
Mit der Ziffer 12a wird der Bereich markiert, der vom passiven Entfernungsmessungssystem 12 erfaßt wird. Wenn zwei Objekte sehr dicht beieinander stehen, ist es manchmal unvermeidlich, daß das passive System den Abstand zum Hintergrund anstelle des Abstands zu den Objekten mißt.
Abb.7 zeigt Objekte in einer größeren Entfernung (z.B. ungefähr 7m) als in dem oben beschriebenen Fall. Die Ziffern bezeichnen dieselben Elemente wie in Abb.6. Befinden sich die Objekte - wie im oben genannten Fall - in einem großen Abstand von der Kamera, kann sich der Entfernungsmessungsbereich 12a des passiven Entfernungsmessungssystem auf die Objekte, d.h. auf die Personen, und nicht auf den Bereich zwischen diesen Personen beziehen.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Abb.8 die Reihenfolge der Funktionen des Systems beschrieben. Zuerst gibt der Mikrocomputer 21 einen Befehl an das aktive Entfernungsmessungssystem 11 zur Messung des Abstands zum Objekt. Das aktive Entfernungsmessungssystem 11 führt die vorgeschriebene Messung (Schritt 1) aus. Der Schaltkreis für die Entfernungsberechnung 19 gibt an ¹ Anm. d. Übers.den Mikrocomputer 21 den Objektentfernungswert (m bit) weiter, die dem Abstand zum Objekt 16 entsprechen. Der Mikrocomputer 21 wandelt den Objektentfernungswert (m bit) in die Anzahl von Impulsen A um (Schritt 2), durch die die Linsen verschoben werden. Der Mikrocomputer 21 bewertet zum Zeitpunkt der Entfernungsmessung ferner, ob der Spot AF eingeschaltet ist. Ist der Spot AF durch Betätigen des Spotlicht-Auswahlschalters 60 (Abb.4) eingeschaltet, so werden das aktive Entfernungsmessungssystem 11 ausgeschaltet und alle Entfernungsmessungen vom passiven Entfernungsmessungssystem 12 vorgenommen. Der Spot AF wird in der Regel bei Schnappschüssen oder ähnlichen Situationen ausgeschaltet. Dadurch wird gewährleistet, daß zuerst das aktive Entfernungsmessungssystem und erst im Anschluß - nach gegebener Zeit - das passive Entfernungsmessungssystem wirksam wird.
Anschließend wird bewertet, ob die Entfernung (Anzahl der Impulse A) innerhalb eines festgelegten Grenzbereiches N1 bis N2 (z.B. N1=1,06m und N2= 3,53m, vgl. oben) liegen (Schritte 4 und 5).
Wie oben bereits beschrieben, wird die Stellung des Einstellobjektivs durch die Anzahl der vom Impulserzeugungsschaltkreis 33 erzeugten Impulse gesteuert. Für den Zusammenhang zwischen der Stellung des Objektivs und der Anzahl der Impulse gilt, daß die Anzahl der erzeugten Impulse beim Einstellen des Objektivs vom kürzesten Einstellabstand auf unendlich genau 1600 beträgt. Die Anzahl der Impulse für die Einstellung des Objektivs im Abstand zu den einzelnen Objekten werden als Objektiveinstellungsdaten gespeichert (aber nicht angezeigt). Die Anzahl der Impulse A, die dem Entfernungswert aus dem aktiven Entfernungsmessungssystem 11 entspricht, ist gleich der Anzahl der Impulse, die wiederum für die Objektiveinstellung nach deren Ausrichtung auf den Abstand zum Objekt steht. Für einen Abstand zum Objekt von beispielsweise 1,3m, ergibt sich laut nachstehender Tabelle für die Objektiveinstellung im scharfen Zustand der Wert 948. Folglich ergibt sich auch für die vom aktiven Entfernungsmessungssystem 11 gemessene Entfernung von 1,3m eine diesem Abstand entsprechende Impulsanzahl von 948 (Schritt 3). TABELLE Abstand(e) Anzahl der Impulse aktiv passiv Impulse
In Schritt 5 wird die dem Entfernungswert entsprechende Anzahl der Impulse A mit N1 = 1210 und N2 = 312 verglichen. Liegt die Impulsanzahl zwischen diesen beiden Werten, wird die Schärfeneinstellung unter Benutzung des Entfernungswerts A aus dem aktiven Entfernungsmessungssystem 11 durchgeführt. Die Werte aus der aktiven Entfernungsmessung können innerhalb dieses Wertebereichs deshalb verwendet werden, weil die Probleme der Parallaxe sowie der Entfernungsbegrenzung nicht auftreten.
Wie bereits erwähnt, kann das Entfernungsbegrenzungsproblem des aktiven Entfernungsmessungssystems 11, z.B. Hintergrundeinstellung aufgrund der Schärfeneinstellung auf den Bereich hinter dem Objekt (vgl. Abb.1), dadurch gelöst werden, daß durch die Lichtemissionsmenge mit Hilfe mehrerer, nebeneinander angeordneter Lichtemissionselemente 13 der Bereich der Entfernungsmessung verändert wird, sodaß der Abstand zu den Objekten mit dem Hintergrund im Mittelpunkt des Suchers, wie z.B. bei zwei nebeneinander stehenden Personen, gemäß Abb.6 genau gemessen und die Schärfe entsprechend genau eingestellt wird. Mit einer solchen Erweiterung kann die im vorigen Absatz erörterte Entfernungsbegrenzung erweitert werden.
Für eine Schärfeneinstellung nach einem Entfernungswert A gemäß den oben stehenden Erläuterungen gelten folgende Schritte: Zunächst wird die Anzahl der Impulse A, die der gemessenen Entfernung entsprechen, mit der Anzahl der Impulse B verglichen, die wiederum den aktuellen Einstellungswerten der Einstellinse innerhalb des Photoobjektivs 23 entsprechen. Dann wird die Differenz A-B berechnet (Schritt 6). Anschließend wird die Fokussiervorrichtung 30 um die Anzahl der Impulse aus der Differenz A-B der aktuellen Einstellung b betätigt, sodaß die Einstellinse auf eine Stellung gemäß dem Wert A aus der aktiven Entfernungsmessung verschoben wird (Schritt 7). Während dieser Verschiebung erzeugt der Impulsgenerator eine Anzahl von Impulsen, die der Verschiebungsstrecke der Linse entspricht und ferner registriert wird (Schritt 8).
Der Betrieb der Fokussiervorrichtung 30 ist abgeschlossen, sobald die Anzahl der registrierten Impulse die Differenz A-B erreicht (Schritt 9 und 10).
Im Anschluß an die oben beschriebene Verschiebung in Einstellrichtung wird B+- A-B berechnet. Der errechnete Wert wird als aktueller Korrekturwert B für die Stellung der Linse gespeichert (Schritt 11).
Mit Hilfe des oben beschriebenen Verfahrens ist die Einstellinse scharf eingestellt und der Vorgang des Auto-Fokussierens abgeschlossen (Schritt 28).
Ergibt sich aus dem Vergleich unter Schritt 5, daß der Entfernungswert A außerhalb des festgelegten Bereichs N1 bis N2 liegt bzw. wird in Schritt 3 festgestellt, daß der Spot AF eingeschaltet ist, so wird folgender Arbeitsgang ausgeführt:
Zunächst wird die Anzahl der Impulse A, die dem Wert aus der aktiven Entfernungsmessung entspricht, mit dem aktuellen Positionswert B (Anzahl der Impulse) der Fokussierlinse innerhalb des Photoobjektivs 23 verglichen und die Differenz A-B berechnet (Schritt 12). Anschließend wird die genannte Differenz A-B mit der voreingestellten Differenz (Grad der Unschärfe) verglichen (Schritte 13 und 14). Ergibt sich für die Differenz eine Wert größer als a, wird die Fokussierlinse in Einstellrichtung gemäß dem Wert A aus der aktiven Entfernungsmessung angetrieben. Mit anderen Worten, die Fokussiervorrichtung 30 wird um eine Distanz angetrieben, die der Anzahl der Impulse in der Differenz A-B entspricht. Auf diese Weise wird der aktuelle Wert B für die Objektivstellung dem Wert A aus der aktiven Entfernungsmessung angeglichen (Schritt 15). Während dieser Verschiebung erzeugt der Impulsgenerator 33 eine Anzahl von Impulsen, die der Verschiebung der Linse entspricht. Die Anzahl der vom Impulsgenerator 33 erzeugten Impulse wird registriert (Schritt 16). Der Betrieb der Fokussiervorrichtung ist abgeschlossen, sobald die Anzahl der registrierten Impulse den Wert der Differenz A-B erreicht (Schritte 17 und 18).
Im Anschluß an die zuvor beschriebene Verschiebung in Einstellrichtung wird B+- A-B berechnet. Der errechnete Wert wird als aktueller Korrekturwert B für die Stellung der Linse gespeichert (Schritt 19). Als nächsten Schritt weist der Mikrocomputer 21 das passive Entfernungsmessungssystem 12 an, den Abstand zu messen. Das passive Entfernungsmessungssystem führt den Meßvorgang aus (Schritt 20) und berechnet den Grad der Unschärfe +-C entsprechend der in Abb.5 dargestellten Phasenverschiebung X zwischen den Ausgängen A1 und A2 (Schritt 21).
Das passive Entfernungsmessungssystem 12 führt den gleichen Meßvorgang aus, wenn die Differenz A-B als größer als der Wert a für den voreingestellten Grad der Unschärfe in Schritt 14 eingestuft wird. Mit anderen Worten, das passive Entfernungsmessungssystem 12 wird dann aktiviert, wenn entweder die Verschiebung in Einstellrichtung auf der Grundlage des Wertes aus der aktiven Entfernungsmessung abgeschlossen ist oder die Differenz A-B kleiner als der Wert a für den voreingestellten Grad der Unschärfe ist.
Im Anschluß an den Meßvorgang des passiven Entfernungsmessungssystems 12 erfolgt eine Bewertung dahingehend, ob der Grad der Unschärfe +-C gleich Null ist. Ergibt sich für den Grad der Unschärfe der Wert Null, wird die Linse scharf eingestellt (Schritt 22). Ist die Linse bereits scharf eingestellt, so wird der Fokussierungsvorgang, ohne daß weitere Schritte erforderlich sind, abgeschlossen (Schritt 28).
Wenn die Linse jedoch noch nicht scharf eingestellt ist, wird die Fokussiervorrichtung entsprechend der Anzahl der Impulse für den genannten Grad der Unschärfe +-C und unter Berücksichtigung des Entfernungswertes aus dem passiven Entfernungsmessungssystem 12 so lange angetrieben, bis sich die Linse in Scharfeinstellung befindet (Schritt 23). Zu diesem Zeitpunkt entspricht die Anzahl der vom Impulsgenerator 33 erzeugten Impulse der Entfernung, um die die Linse verschobe wurde. Diese Anzahl von Impulsen wird registriert (Schritt 24). Der Betrieb der Fokussiervorrichtung 30 ist dann abgeschlossen, wenn die Anzahl der registrierten Impulse dem Grad der Unschärfe +-C entspricht (Schritte 25 und 26).
Im Anschluß an die zuvor beschriebene Verschiebung in Einstellrichtung wird der Wert B+C berechnet. Das Ergebnis wird als Korrekturwert B für die aktuelle Stellung der Linse gespeichert (Schritt 27). Das System kehrt zum Schritt 20 zurück und wiederholt die Entfernungsmessung mit Hilfe des passiven Entfernungsmessungssystem 12. Die Schritte 20 bis 27 werden wiederholt, bis die Linse beim Schritt 22 als scharf eingestellt bewertet wird.
Der Wert a für den Grad der Unschärfe, der in Schritt 14 als Standardwert Verwendung findet, wird - wie in der Tabelle dargestellt - auf rund 500 festgelegt. Im folgenden Beispiel wird für die aktuelle Stellung des Objektivs ein Wert von 948 Impulsen in der Tabelle angenommen. Wenn die Anzahl der Impulse größer als 1462 und kleiner als 432 ist, wird das Objektiv zunächst entsprechend Meßwert A aus der aktiven Entfernungsmessung soweit in Einstellrichtung verschoben, bis der Wert B für die aktuelle Stellung des Objektivs innerhalb des Bereichs von 1462 bis 432 Impulsen liegt. Daraufhin wird die Entfernungsmessung vom passiven System vorgenommen. Mit anderen Worten, das passive Entfernungsmessungssystem 12 führt die Entfernungsmessung dann aus, wenn die aktuelle Objektiveinstellung B innerhalb von ±500 Impulsen der gemessenen Entfernung A liegt. Auf diese Weise wird einerseits die Zeit für die Entfernungsberechnung verkurzt und andererseits verhindert, daß der Entfernungswert aus der passiven Entfernungsmessung zu groß wird. Folglich kann die Schärfeneinstellung abgeschlossen werden, ohne daß das passive Entfernungsmessungssystem 12 unnötig belastet wird.
Darüber hinaus ist die Schärfeneinstellung beim Umschalten oder Auswählen eines Vorgangs aufgrund des Motors 32 verzögerungsfrei, da das Umschalten von der Schärfeneinstellung mit Hilfe des Wertes aus der aktiven Entfernungsmessung auf die Schärfeeinstellung mit Hilfe des Wertes aus der passiven Entfernungsmessung nach dem festgelegten Verfahrensfluß erfolgt.
Nachdem die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wurden, soll abschließend klargestellt werden, daß die Erfindung nicht auf genau diese Ausführungsformen beschränkt ist, und daß verschiedene Änderungen an ihr von fachmännischer Hand vorgenommen werden können, sofern diese Änderungen nicht vom Sinn und Zweck dieser Erfindung gemäß den beigefügten Ansprüchen abweichen.

Claims

1. Ein Autofokus-System für ein Objektiv, welches besteht aus:

einem aktiven Entfernungsmessungssystem (11);

einem passiven Entfernungsmessungssystem (12);

einer Fokussiervorrichtung (30) für die Schärfeneinstellung des genannten Objektivs entsprechend dem genannten aktiven Entfernungsmessungssystem (11) oder dem genannten passiven Entfernungsmessungssystem (12);

einer Vorrichtung für die Ausführung von Anfangsentfernungsmessungen durch das genannte aktive Entfernungsmessungssystem (11);

eine Vorrichtung zur Bewertung, ob der in der genannten Anfangsentfernungsmessung ermittelte Abstand zum Objekt (A) innerhalb eines zuvor festgelegten Bereiches iiegt, wobei die genannte Fokussiervorrichtung vom genannten aktiven Entfernungsmessungssystem (11) gesteuert wird, wenn der genannte Abstand zum Objekt innerhalb des genannten, zuvor festgelegten Bereichs liegt;

eine Vorrichtung zur Bestimmung der aktuellen Objektiveinstellung (B) sowie zur Berechnung der Position, bei der das Objektiv scharf eingestellt ist;

ferner gekennzeichnet durch

eine Vorrichtung zur Berechnung des Grads der Unschärfe aus der Differenz zwischen der Position des Objektivs bei der Scharfeinstellung und der aktuellen Objektiveinstellung;

eine Vorrichtung zur Übertragung der Einstellsteuersignale zum passiven Entfernungsmessungssystem (12), wenn der gemessene Abstand zum Objekt außerhalb des zuvor festgelegten Bereichs liegt und der genannte Grad der Unschärfe kleiner als der zuvor dafür festgelegte Wert ist.

2. Ein Autofokus-System nach Anspruch 1, bei dem das genannte aktive Entfernungsmessungssystem folgendes umfaßt:

-mindestens ein erstes und ein zweites Lichtemissionselement (13), wobei

das genannte erste Lichtemissionselement auf einem ersten Strahlengang einen ersten Lichtstrahl emittiert;

das genannte zweite Lichtemissionselement auf einem zweiten Strahlengang einen zweiten Lichtstrahl emittiert;

der genannte erste und der genannte zweite Strahlengang nicht parallel sind, und ein erstes und ein zweites von zwei nebeneinanderstehenden Objekten (16) jeweils von dem ersten und zweiten emittierten Lichtstrahl beleuchtet werden;

-sowie mindestens ein erstes und ein zweites Lichtempfangselement (18), wobei

das genannte erste Lichtempfangselement den genannten ersten emittierten Lichtstrahl empfängt, der vom genannten ersten Objekt reflektiert wird; und

das genannte zweite Lichtempfangselement den genannten zweiten emittierten Lichtstrahl empfängt, der vom genannten zweiten Objekt reflektiert wird.

3. Ein Autofokus-System nach Anspruch 1 oder 2, das ferner eine von Hand steuerbare Vorrichtung (60) umfaßt, mit der das genannte aktive Entfernungsmssungssystem abgeschaltet und das genannte passive Entfernungsmessungssystem zur Steuerung der gesamten Schärfeneinstellung eingeschaltet werden kann.