DE3344431A1

DE3344431A1 - Automatische scharfeinstellvorrichtung fuer eine photographische kamera

Info

Publication number: DE3344431A1
Application number: DE19833344431
Authority: DE
Inventors: Saburo Tokyo Sugawara
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1982-12-13
Filing date: 1983-12-08
Publication date: 1984-06-14
Also published as: GB2131644B; JPH0157891B2; DE3344431C2; GB8333138D0; JPS59107332A; GB2131644A; US4571048A

Description

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinic

ASAHI KOGAKU KABUSHIKI KAISHA Tokio, Japan

European Patent Attorneys Zugelassene Vertreter vor dem Europaischen Patentamt

Dr phil G. Henkel. München Dipi.-Ing. J Pfenning. Berlin Dr rer nat L. Feiler. München Dipl-Ing. W Hänzel. München Dipl.-Phys. K. H. Meinig. Berlin Dr ing A. Butenschon. Berlin

Mohlstraße 37
D-8000 München 80

Te: 089/982085-87 Te>ex 0529802 hnkld Telegramme ellipsoid

182S-WG-16

8» Dezember 1963

Automatische Scharfeinstellvorrichtung für
eine photographische Kamera

33U431

Die Erfindung betrifft eine automatische Scharfeinstellvorrichtung für eine photographische Kamera (sog. "Autofokusvorrichtung").

Eine bisherige automatische Scharfeinstel!vorrichtung enthält eine Entfernungsmeßeinheit, die in einem sehr begrenzten Bereich in der Mitte des aufzunehmenden Bilds die Entfernung zu einem Aufnahmeobjekt (Aufnahmeentfernung) mißt. Eine mit dieser bisherigen Scharfeinstellvorrichtung ausgerüstete Kamera vermag Aufnahmen eines monotonen Aufbaus zu machen, bei denen die Scharfeinstellung so erfolgt ist, daß das Äuf-

.„ nahmeobjekt in der Bildmitte scharf abgebildet ist; eine solche Kamera eignet sich jedoch nicht für Aufnahmen eines anderen Aufbaus.

Bei einer zur Vermeidung dieses Mangels vorgeschlagenen Verbesserung wird mittels einer Entfernungsmeßeinheit die Aufnahmeentfernung in der Bildmitte gemessen, wobei die so gewonnene Information mittels eines Speichers festgehalten wird. Die Kamera kann dann in eine andere Richtung gehalten werden, um einen neuen Bildaufbau _>5 herzustellen; bei der Verschlußauslösung ist dann das photographische Objektiv entsprechend der im Speicher enthaltenen Entfernungs-Information eingestellt, so daß eine scharfe Aufnahme des Aufnahmeobjekts erhalten wird.

Die mit dieser verbesserten Anordnung ausgerüstete Kamera erfordert jedoch umständliche Maßnahmen für die Bildgestaltung vor der Verschlußauslösung, so daß weniger erfahrene oder ungeübte Benutzer kaum in der

Lage sein dürften, diese Kamera richtig zu bedienen. 5

Insbesondere im Fall von Schnappschüssen, bei denen sich das vorgesehene Aufnahmeobjekt bewegen kann, muß der Benutzer seine Aufmerksamkeit auf den Bildaufbau

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bzw. die Bildgestaltung konzentrieren, weshalb es in diesem Fall für ihn um so schwieriger ist, die Kamera j- richtig zu bedienen.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer automatischen Scharfeinstellvorrichtung für eine photographische Kamera, welche es dem Benutzer oder Anwender j« ermöglichen soll, ohne weiteres ein das vorgesehene Aufnahmeobjekt enthaltendes Bild (Aufnahme) zu gestalten und gleichzeitig einwandfrei scharfe Aufnahmen zu erhalten.

.,,. Diese Aufgabe wird bei einer automatischen Scharf einstellvorrichtung der angegebenen Art erfindungsgemäß gelöst durch eine Entfernungsmeßeinheit zur Lieferung eines für die Entfernung von einer Filmebene zu Aufnahmeobjekten repräsentativen Entfernungssignals, durch eine Einrichtung für den Antrieb der Entfernungsmeßeinheit zur Abtastung eines Aufnahmebereichs, durch einen Speicher zum Erfassen und Halten einer während der Abtastung gewonnenen, dem nächstgelegenen Aufnahmeobjekt entsprechenden Größe des Entfernungssignals und durch eine auf die im Speicher gehaltene Größe des Entfernungssignals ansprechende Einrichtung zum Verstellen eines photographischen Objektivs der Kamera zum Fokussieren des Abbilds des nächstgelegenen Aufnahmeobjekts auf der Filmebene»

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

__ Fig. 1 einen Schnitt durch einen Stellungsdetektor,

wie er bei einer Ausführungsform der automatischen Scharfeinstellvorrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen ist,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Arbeitsprinzips der die Vorrichtung gemäß Fig. 1 c enthaltenden Entfernungsmeßeinheit,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der^üie Vorrichtung nach.Fig. umfassenden automatischen Scharfeinstellung vorrichtung,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Änderung des Ausgangspegels einer Signalverarbeitungsschaltung nach Fig. 3 in Abhängigkeit vom .f. Reziprokwert der Aufnahmeentfernung,

Fig. 5 eine schaubildliche Darstellung eines gestalteten Aufnahme-Bilds, in welcher der von der Entfernungsmeßeinheit abgetastete __n Bereich in gestrichelten Linien eingezeichnet

ist,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Abtastung mittels der Entfernungsmeßeinheit und

Fig. 7 und 8 schematische Darstellungen anderer An-

steuer- oder Antriebseinheiten, welche die Entfernungsmeßeinheit (das Aufnahmeobjekt abtasten lassen.

Zunächst soll das Arbeitsprinzip der bei der automatischen Scharfeinstellvorrichtung verwendeten Entfernungsmeßeinheit erläutert werden. Fig. 1 zeigt einen die Entfernungsmeßeinheit bildenden Stellungsdetektor

(position detector) 1, der ein Substrat 2 aus einem 35

Hochwiderstand-Halbleiter, z.B. Silizium, aufweist. Das Substrat 2 weist auf der einen Seite eine p-Typ-Zone 3, die mit Licht aus dem Aufnahmebereich oder

Äbbildungsbereich bestrahlt werden kann, und auf der anderen Seite eine n-Typ-Zone 4 auf_p irobei das Substrat c einen inneren pn-übergang enthält. An den beiden Enden der Oberfläche der p-Zone 3 sind zwei Kontakte 5 und 6 vorgesehen, die an Anschlüsse oder Klemmen 7 bzw. angeschlossen sind ο Mit der Oberfläche der n-Zone ist dagegen eine Elektrode 9 verbunden. Die Klemmen .n und 8 sind in bezug auf die Elektrode 9 negativ vorgespannt , so daß sie die Photoelektrisität abnehmen»

Durch das auf die Oberfläche der p-Zone 3 des Substrats 2 fallende Licht wird ein elektrischer Strom I- er-.,. zeugt. Die über die Ausgangsklemmen 7 und 8 abgenommenen Ströme I₇. und I_. bestimmen sich wie folgt:

(1) I_A - I₀= —
20

In obigen Gleichungen bedeuten» R,. = elektrischer

Xj

Widerstand zwischen den Kontakten 5 und 6„ R = elektrischer Widerstand zwischen einem Kontakt 5 und

_nr. einem "Einfalls"-Punkte an welchem Licht auf die Ao

Oberfläche der p-Zone auftrifft und welcher in einem Abstand χ vom Kontakt 5 entfernt ist» Wie aus Gleichung (1) hervorgeht, diffundiert die durch das einfallende Licht freigegebene elektrische Ladung in die p-Zone 3,

wobei die Gesamtmenge der elektrischen Ladung der 30

Energie des einfallenden Lichts proportional ist, während die Größe oder Menge der über jeden Kontakt 5 und 6 geleiteten Elektrizität bzw» des elektrischen Stroms der Entfernung zum Einfallspunkt umgekehrt

proportional ist» Wenn die p-Zone 3 homogen ist, so ob

daß ihre Länge und ihr Widerstand einander proportional sind, läßt sich Gleichung (1) zu folgender Gleichung reduzieren»

^{(2) 1}A - ¹O* —— ' ¹B - V —

Darin bedeuten: L = Abstand zwischen den Kontakten 5 und 6, und χ = Abstand des Kontakts 5 zum Einfallspunkt.

Anhand Gleichung (2) läßt sich das Verhältnis von

I. zu I wie folgt ausdrücken:

I L-X L

Ο) ^- =—

B X X

Wie aus Gleichung (3) hervorgeht, ist das Verhältnis I /Ig unabhängig von der Energie des einfallenden Lichts,

so daß die Lage des Einfallspunkts anhand dieses Verbau

hältnisses bekannt sein kann.

Fig. 2 veranschaulicht den Aufbau einer Entfernungsmeßeinheit 10 unter Verwendung des Stellungsdetektors __ 1 für die Erzeugung eines für die Aufnahmeentfernung repräsentativen Entfernungssignals. Die Entfernungsmeßeinheit 10 enthält eine lichtemittierende Einrichtung z.B. in Form einer Leuchtdiode 11. Die von der Leuchtdiode oder Lichtquelle 11 emittierten Lichtstrahlen werden durch eine Linse 12 zu einem parallelen Lichtstrahl gebündelt. Der Lichtstrahl wird in Form eines Lichtflecks auf ein Aufnahmeobjekt 13 projiziert. Ein Abbild des Lichtflecks wird durch eine zweite Linse 14 auf der Oberfläche der p-Zone 3 des Substrats

2 des photoelektrischen Wandlers gebildet, wobei diese 35

Fläche in einer Ebene liegt, welche in optischer Hinsicht der nicht dargestellten Filmebene äquivalent ist.

BAD ORIGINAL

J ,54 4 40 I

Bei der Anordnung gemäß Fig, 2 läßt sich die Lage des Einfallspunkts bzw. der Stelle, an welcher das Abbild des Lichtflecks auf dem Aufnahmeobjekt 13 gebildet wird, durch die folgenden Gleichungen ausdrücken;

(4) ALs =

10 τ?

(5) I. « i - ALs - ^L

(β)

In obigen Gleichungen bedeuten; L_ = Entfernung der Sammellinse 12 zum Aufnahmeobjekt,, Lb = Abstand zwischen den optischen Achsen der Linsen 12 und 14, f = Brennweite der Abbildungslinse 14, ^Ls = Abstand oder Versatz des Einfallspunkts,, d.h. von der optischen Achse der Äbbildungslinse 14 zum Einfallspunkt, gemessen längs der Oberfläche des Substrats 2 des photoelektrischen Wandlers.

Hierbei wird anhand der Ströme I_ und I_ ein die Ent-

«Ta, Sj

2'5 fernxmg des Aufnahmeobjekts 13 von der Filmebene angebendes Entfernungssignal P_T durch die folgende Operation erhalten;

30 (7)

Das Entfernungssignal Ρ_τ kann durch eine noch näher zu beschreibende Signal—erarbeitungsschaltung in eine Spannungsgröße umgesetzt ii/erden.

3ö*44

ΛΌ Ψ

Fig. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform der automatischen Scharfeinstellvorrichtung unter Verwendung c der beschriebenen Entfernungsmeßeinheit 10. Dabei werden die Ausgangs ströme Ι_Λ und I₁₃ durch Verstärker 17 bzw. verstärkt. Die Ausgangssignale der Verstärker 15 und werden einer Signalverarbeitungsschaltung 16 eingespeist, welche die Operation nach obiger Gleichung (7)

,Q durchführt, um das Entfernungssignal P- in eine Ausgangsspannung umzusetzen. Fig. 4 veranschaulicht die Änderung der Ausgangsspannung der Signalverarbeitungsschaltung 16 in Abhängigkeit vom Reziprokwert der Aufnahmeentfernung. Dies bedeutet, daß die Ausgangsspannung der Aufnahmeentfernung umgekehrt proportional ist.

Die gesamte Entfernungsmeßeinheit 10 kann gedreht werden, um einen bestimmten (endlichen) Bereich E in einem gestalteten Aufnahmebild F abzutasten, wobei der

„_n Stellungsdetektor 1 gemäß Fig. 5 und 6 zur Abnahme des von Aufnahmeobjekten A, B und C reflektierten Lichts ausgerichtet ist oder wird. Ein nicht dargestellter Antriebsmechanismus führt die Entfernungsmeßeinheit 10 bei der Drehung über einen definierten Winkel unter

_₅ Kopplung mit einem nicht dargestellten Verschlußauslöserknopf.

Die AusgangsSignalspannung von der Signalverarbeitungsschaltung 16 wird einer Spitzenhalteschaltung 18 zu-

_n geführt, welche eine maximale Spitzen- oder Scheitel-30

größe, für die Entfernung zum nächsten Aufnahmeobjekt A (Fig. 6) repräsentativ, erfaßt und hält. Das von der Schaltung 18 gehaltene Entfernungssignal wird zu einem Analog/Digital- bzw. A/D-Wandler 19 übertragen,

der ein Aus gangssignal für das schrittweise Fokussieren 35

bzw. Scharfstellen des Kameraobjektivs liefert. Das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 19 wird einer Objektiv-Antriebsstufe 20 eingespeist, welche das Kameraobjektiv

6AD ORIGINAL

Ai

nach Maßgabe des eingegebenen Entfernungssignals in die richtige Stellung für Scharfeinstellung des Bilds des g nächsten Aufnahmeobjekts steuert.»

Die automatische Scharfeinstellvorrichtung mit dem beschriebenen Aufbau arbeitet wie folgt % Bei Betätigung des Verschlußauslöserknopfes wird der Antriebsmechanismus für das Drehen der Entfernungsmeßeinheit 10 betätigt, so daß die Entfernungsmessung mittels des Stellungsdetektors 1 erfolgt» Nach der Abtastung eines definierten Bereichs durch die so angetriebene oder angesteuerte Entfernungsmeßeinheit 10 wird das Kameraobjektiv entp. sprechend der Entfernungsinformation eingestellt, die während der Abtastbewegung abgenommen wurde und der Entfernung zum nächstgelegenen Aufnahmeobjekt entspricht; hierauf wird der Verschluß ausgelöst. Die beschriebene Arbeitsreihenfolge findet in einer außerordentlich kurzen Zeitspanne statt, so daß durch einfaches Drücken des Verschlußauslöserknopfes die Belichtung tatsächlich bereits erfolgt« Auf diese Weise kann das nächstgelegene Aufnahmeobjekt auf die Filmebene fokussiert werden, und zwar in einem beliebigen

_oc gewünschten Bereich des gestalteten Aufnahmebilds.

Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen andere Anordnungen der Einrichtung zur Hervorbringung einer Abtastbewegung des Entfernungsdetektors bzw. der Entfernungs-

meßeinheit 10.
30

Bei der Anordnung gemäß Fig. 7 sind die Leuchtdiode und der Stellungsdetektor 1 festgelegt, während die Sammellinse 12 und die Fokussier- bzw» Abbildungslinse

14 in einer Richtung senkrecht zu ihren optischen Achsen 35

bzw. parallel zur LängserStreckung des Stellungsdetektors 1 bewegbar sind. Hierbei werden die Linsen 12 und 14 durch einen gemeinsamen Antriebsmechanismus bewegt,

"J a 4 4 ι* J I

während der Abstand zwischen ihnen konstant bleibt, so daß die Anordnung insgesamt einfach aufgebaut ist.

Bei der Anordnung nach Fig. 8 sind dagegen die Linsen 12 und 14 festgelegt/ während die Leuchtdiode 11 und der Stellungsdetektor 1 mit konstantem gegenseitigen Abstand bewegbar sind. Hierbei steuert ebenfalls ein gemeinsamer Antriebsmechanismus die Leuchtdiode 11 und den Stellungsdetektor 1 an, so daß die Anordnung gleichfalls einfach aufgebaut ist.

Die Anordnungen bzw. Ausführungsformen nach Fig. 7 und

8 sind wirkungsmäßig der Ausführungsform gemäß Fig. 6 15

äquivalent, bei welcher die gesamte Entfernungsmeßeinheit 10 gedreht wird.

Mit der erfindungsgemäßen Scharfeinstellvorrichtung

wird somit die Entfernung von der Filmebene zum nächst-20

gelegenen Aufnahmeobjekt gemessen, und der Betrag, um den das Kameraobjektiv verstellt (ausgezogen) werden muß, wird nach Maßgabe dieser Entfernungsmessung bestimmt, so daß einwandfrei scharfe Aufnahmen erhalten

werden können, bei denen sich das vorgesehene, nächst-25

gelegene Aufnahmeobjekt in einem gewünschten Bereich des gestalteten Aufnahmebilds befindet. Vor der Verschlußauslösung sind keinerlei weitere Einstellungen (durch den Benutzer) erforderlich. Eine mit der erfindungsgemäßen automatischen Scharfeinste11vorrichtung

ausgestattete photographische Kamera ist daher insbesondere für weniger geübte Kamerabenutzer geeignet.

BAD ORIGINAL

Claims

-.■".:- .-..." ■ 33U431 P Patentansprüche

1.. Automatische Scharf einstellvorrichtung für eine photographische Kamera, gekennzeichnet durch eine Entfernungsmeßeinheit (10) zur Lieferung eines für die Entfernung von einer Filmebene zu Aufnahme-

.Q Objekten (A, B, C; 13) repräsentativen Entfernungssignals,

durch eine Einrichtung für den Antrieb der Entfernungsmeßeinheit (10) zur Abtastung eines Aufnahmebereichs, durch einen Speicher (18) zum Erfassen und Halten einer

. p. während der Abtastung gewonnenen, dem nächstgelegenen Aufnahmeobjekt entsprechenden Größe des Entfernungssignals und

durch eine auf die im Speicher (18) gehaltene Größe • des Entfernungssignals ansprechende Einrichtung (20) zum Verstellen eines photographischen Objektivs der Kamera zum Fokussieren des Abbilds des nächstgelegenen Aufnahmeobjekts auf der Filmebene,,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

__ daß die Entfernungsmeßeinheit (10) ein lichtemittieren-2b

des Element (11, 12), das Licht auf die Aufnahmeobjekte wirft, und einen Stellungsdetektor (1) umfaßt, der das von den Aufnahmeobjekten reflektierte Licht zur Lieferung des Entfernungssignals abnimmt _B und daß die

Stelle am Stellungsdetektor (1), auf t-jelche das Licht 30

auftrifft, entsprechend der Entfernung von dem mit dem Licht beaufschlagten Aufnahmeobjekt variiert»

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für den Antrieb der Ent-

fernungsmeßeinheit (10) letztere über einen Winkel innerhalb eines Aufnahmebereichs (ver)dreht und damit ihre Abtastung hervorbringt-

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtemittierende Element eine Leuchtdiode (11)

c und ein erstes optisches System umfaßt, durch welches das von der Leuchtdiode emittierte Licht auf die Aufnahmeobjekte gerichtet wird, und daß der Stellungsdetektor (1)'ein zweites optisches System (14) aufweist, durch welches das von den Aufnahmeobjekten .₀ reflektierte Licht auf einen photoelektrischen Wandler einer definierten Länge fokussiert wird, wobei die Auftreffstelle des Lichts am photoelektrischen ??andler entsprechend der Entfernung von den Aufnahmeobjekten variiert.

5. Vorrichtung nach Anspruch A₁ dadurch gekennzeichnet,

daß die Leuchtdiode (11) und der photoelektrische Wandler (1) (vorrichtungs)fest angeordnet sind und daß die beiden optischen Systeme (12, 14) mittels eines gemeinsamen Antriebsmechanismus in einer Richtung parallel zur Längserstreckung des photoelektrischen Wandlers verschiebbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die beiden optischen Systeme (12, 14) (vorrichtungs) 25

fest angeordnet sind und daß die Leuchtdiode (11) und der photoelektrische Wandler (1) durch einen gemeinsamen Antriebsmechanismus in einer Richtung parallel zur Längserstreckung des photoelektrischen Wandlers

verschiebbar sind.
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