DE3709907A1 - Entfernungsmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen nach dem Triangulationssystem arbeitenden Entfernungsmesser zur Verwendung in einer automatisch scharfstellenden Kamera.

Bei bisherigen Entfernungsmessern für automatisch scharfstellende Kameras bzw. sog. Autofocus-Kameras wird Infrarotlicht zu einem Aufnahme-Objekt hin ausgestrahlt, wobei das vom Objekt reflektierte Licht von einem photoelektrischen Wandlerelement empfangen wird, um damit die Entfernung von der Kamera zum Objekt nach einem Triangulationssystem zu bestimmen. Bei solchen Systemen wird allgemein das Infrarotlicht abgeblendet oder (der Strahl) in seinem Durchmesser verkleinert, um den möglichen Meßbereich des Entfernungsmessers auf einen möglichst weit entfernten Punkt zu erweitern. Die Entfernungsmeßzone in einem Motiv bzw. einer Aufnahme ist daher so schmal, daß z. B. dann, wenn zwei nebeneinander stehende Personen aufgenommen werden sollen und das Zentrum des Entfernungsmeßpunkts im Sucher auf eine Stelle zwischen den beiden Personen gerichtet wird, eine Scharf(ein)stellung auf den Hintergrund hinter den Personen erfolgt und damit die Entfernung falsch gemessen wird. Zur Lösung dieses Problems sind bereits verschiedene Maßnahmen für die Erweiterung der Entfernungsmeßzone in einem Aufnahmemotiv vorgeschlagen worden.

Beispielsweise beschreibt die US-PS 44 70 681 ein System, bei dem jeweilige Fokussierlinsen für eine Infrarotlicht emittierende Diode und für ein Lichtempfangselement so miteinander gekoppelt sind, daß sie waagerecht verschiebbar sind. Dies bedeutet, daß die Lichtemissions- und die Lichtempfangslinse während ihrer Scharfstellung auf denselben Punkt beide so verschoben werden, daß sie eine Oberfläche eines Aufnahme-Objekts mit Infrarotlicht abtasten. Die genannte US-PS beschreibt ferner eine Technik, bei der jede der Fokussierlinsen für die Infrarotlicht emittierende Dioden oder IR-Leuchtdioden und für die Lichtempfangselemente aus Mehrfachlinsenfeldern (multiplex eyes) bestehen und die Entfernungsmessung auf einer Zahl von Punkten erfolgt, welche der Zahl der Linsenfelder entspricht.

Weiterhin beschreibt die JP-OS 1 93 406/1984 eine Vorrichtung, mit der ein Objekt abtastbar ist, während eine Licht(ausstrahl) quelle gedreht wird. Der Lichtquelle ist ein Beugungsgitter vorgeschaltet, das Beugungsstrahlen erster Ordnung an gegenüberliegenden Seiten eines Hauptstrahls (nullter Ordnung) erzeugt, so daß die Oberfläche des Objekts mit diesen drei Strahlen abgetastet wird.

Mit den genannten Vorrichtungen, bei denen zum einen zwei Fokussierlinsen waagerecht verschoben werden und zum anderen eine Lichtquelle gedreht wird, kann jeweils eine Mehrpunkt- Entfernungsmessung durch Abtastung der Oberfläche eines Aufnahme-Objekts durchgeführt werden. Die Verwendung beweglicher Teile wirft jedoch Probleme bezüglich der Haltbarkeit auf und bedingt auch eine Beeinträchtigung der (Meß-) Genauigkeit.

Ein schwerwiegendes Problem bei dem Linsenfelder oder -arrays verwendenden System besteht darin, daß die Achsen der jeweiligen Linsenfelder für Lichtemissions- und -empfangselemente miteinander koinzidieren müssen. Außerdem wird durch diese Linsenfelder der Entfernungsmeßteil sperrig, woraus sich Einschränkungen für die Konstruktion der Kamera ergeben.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Mehrpunkt- Entfernungsmessers, mit dem eine (genaue) Entfernungsmessung in einer weiten Zone ohne die Verwendung von beweglichen Teilen, Linsenfeldern oder -arrays o. dgl. durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist ein Entfernungsmesser, bei dem ein Aufnahme-Objekt mit Infrarotlicht von einer Licht(ausstrahl) quelle bestrahlt und das vom Objekt reflektierte Licht von einem linearen Halbleiter-Positions- oder -Lagenmeßelement empfangen wird, um eine Triangulation für die Messung der (Aufnahme-) Entfernung, d. h. der Entfernung zum Objekt, durchzuführen. Die Triangulationseinrichtung besteht dabei aus einer Lichtquelle und dem linearen Halbleiter- Lagenmeßelement, die im Kameragehäuse im oberen bzw. unteren Bereich seiner Stirnseite angeordnet sind. Die Lichtquelle besteht dabei aus mehreren in waagerechter Richtung nebeneinander angeordneten und die Basislänge der Triangulationseinrichtung orthogonal schneidenden Lichtemissionselementen.

Das beim erfindungsgemäßen Entfernungsmesser verwendete lineare Halbleiter-Lagenmeßelement erfaßt oder mißt nur die Änderungen in der Lichtempfangsposition in Längsrichtung (d. h. "y-Achse") längs der Basislänge, nicht aber die Änderung in der Lichtempfangsposition in Querrichtung (d. h. "x-Achse"), welche die y-Achse orthogonal bzw. senkrecht schneidet. Das Ausgangssignal dieses Lagenmeßelements ändert sich daher auch dann nicht, wenn sich die Lichtempfangsposition in Querrichtung (x-Achse) ändert, solange die Lichtempfangsposition nicht in Längsrichtung (y-Achse) variiert.

Erfindungsgemäß besteht die Licht(ausstrahl)quelle aus einer Anzahl von Licht emittierenden Elementen oder Lichtemissionselementen, die aufeinanderfolgend zum Emittieren von Infrarotlicht für die Bestrahlung des Objekts mit Infrarotlicht aktiviert oder angeregt werden. Das von in der gleichen Entfernung befindlichen Bereichen eines Objekts reflektierte Licht wird auf das genannte Lagenmeßelement an in Querrichtung (x-Achse) ausgerichteten Stellen in einer bestimmten Position in Längsrichtung (y-Achse) fokussiert. Selbst wenn dabei eines der zahlreichen Lichtemissionselemente für die Bestrahlung des Aufnahme-Objekts aktiviert wird, ändert sich die Größe der gemessenen Entfernung nicht, so daß eine genaue Entfernungsmessung stattfinden kann, solange dasselbe Objekt bestrahlt wird. Auch wenn ein Objekt klein ist, kann weiterhin eine (genaue) Entfernungsmessung mittels des linearen Halbleiter-Lagenmeßelements vorgenommen werden, solange das Objekt mit dem von einem der Lichtemissionselemente ausgestrahlten Infrarotlicht bestrahlt wird. Auf diese Weise ist es möglich, durch Verwendung einer Anzahl von Lichtemissionselementen eine weitere oder breitere Entfernungsmeßzone zu gewährleisten.

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

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer Ausführungsform einer Triangulationseinrichtung bei einem Entfernungsmesser gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Triangulationseinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3A eine Seitenansicht der Triangulationseinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3B eine Vorderansicht des linearen Halbleiter-Lagenmeßelements nach Fig. 1,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäß verwendeten Entfernungsmeß-Steuerschaltung,

Fig. 5 eine Vorderansicht einer Kamera, auf welche der erfindungsgemäße Entfernungsmesser anwendbar ist,

Fig. 6 eine schaubildliche Darstellung des Entfernungsmesser- Sucherbilds bei der Durchführung der Entfernungsmessung gemäß der Erfindung,

Fig. 7 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 eine schaubildliche Darstellung noch einer anderen Ausführungsform der Triangulationseinrichtung beim erfindungsgemäßen Entfernungsmesser,

Fig. 9 eine Vorderansicht zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Lichtemissionsteil und dem Lichtempfangsteil,

Fig. 10 eine Seitenansicht der Triangulationseinrichtung nach Fig. 8,

Fig. 11 eine Vorderansicht der Beziehung zwischen einem zweidimensionalen Lagenmeßelement oder -detektor gemäß Fig. 8 und dem darauf zu fokussierenden reflektierten Licht,

Fig. 12 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung zur Verwendung bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 13 und 14 schaubildliche Darstellungen von Beispielen für die Festlegung der X- und Y-Richtung gemäß der Erfindung.

Die Fig. 1, 2, 3A und 3B veranschaulichen eine eine Triangulationseinrichtung verwendende (bzw. nach der Triangulationsmethode arbeitende) Ausführungsform des Entfernungsmessers gemäß der Erfindung. Dabei sind eine lichtemittierende Linse bzw. Lichtemissionslinse 11 und eine Lichtempfangslinse 12 unter Festlegung einer Basislänge 1 zwischen sich angeordnet. Eine Licht(ausstrahl)quelle (im folgenden einfach als Lichtquelle bezeichnet) 13 ist der Lichtemissionslinse 11 in einem Abstand f ₁ gegenüberstehend angeordnet und mit einer Anzahl von Lichtemissionselementen (einer Zahl n), z. B. Infrarotlicht emittierenden Dioden oder IR-Leuchtdioden IR 1, IR 2, . . ., IRn versehen, die längs einer die Richtung der Basislänge 1 orthogonal oder senkrecht schneidenden x-Achse nebeneinander angeordnet sind. Ein lineares Halbleiter- Lagenmeßelement (im folgenden einfach als Lagendetektor bezeichnet) 14 ist der Lichtempfangslinse 12 in einem Abstand f ₂ gegenüberstehend angeordnet. Der Lagendetektor 14 weist eine Länge auf, die sich auf der y-Achse längs der genannten Basislänge 1 erstreckt. In den Figuren stehen verschiedene optische Achsen für das ausgestrahlte und reflektierte Licht zu bzw. von jeweiligen, bei N, M und F befindlichen Aufnahme-Objekten. Das von Objekten 15, die in einer (beliebigen) der Positionen N, M oder F nebeneinander stehen, reflektierte Licht wird durch die Lichtempfangslinse 12 auf den (linearen) Lagendetektor 14 an entsprechenden Positionen N, M und F geworfen, die längs der x-Achse ausgerichtet sind und in einer entsprechenden Position auf der y-Achse liegen. Wenn dabei das von den mehreren IR- Leuchtdioden IR 1, IR 2, . . ., IRn emittierte Licht von einer festen Stelle, z. B. von in der Position M nebeneinander stehenden Objekten 15 reflektiert wird, wird das reflektierte Licht auf den Lagendetektor 14 an entsprechenden Stellen fokussiert, die in Querrichtung bzw. auf der x-Achse an einer entsprechenden festen Stelle auf der y-Achse nebeneinander (in einer Reihe aufeinander) ausgerichtet sind.

Die Ausgangssignale des Lagendetektors 14 (Δ I 1, Δ I 2 gemäß den Fig. 3A, 3B und 4) variieren in Abhängigkeit von der Änderung der Lichtempfangspositionen in Längsrichtung bzw. auf der y-Achse, während die Ausgangssignale in Abhängigkeit von einer Änderung der Lichtempfangsposition in Querrichtung bzw. auf der x-Achse nicht variieren.

Fig. 4 veranschaulicht eine Steuerschaltung für die beschriebene Triangulationseinrichtung. Dabei dient ein Mikrorechner 20 für die Steuerung oder Ansteuerung der gesamten Steuerschaltung. Ein Beleuchtungskreis 21 spricht auf einen Befehl vom Mikrorechner 20 an, um selektiv eine bestimmte der IR-Leuchtdioden IR 1, IR 2, . . ., IRn zu aktivieren und sie entsprechend dem Befehl Licht emittieren zu lassen. Ein Entfernung-Operationskreis 23 nimmt die Ausgangssignale Δ I 1 und Δ I 2 vom linearen Lagendetektor 14 ab, um damit mittels einer vorbestimmten Rechenoperation die Entfernung zu einem Aufnahme-Objekt zu berechnen. Das Ergebnis dieser Berechnung wird dem Mikrorechner 20 in Form eines Digitalsignals von m Bits zugeführt.

Eine Lichtemissions-Wähleinheit 24 ist mit Schaltern SW 1, SW 2, . . ., SWn entsprechend den jeweiligen IR-Leuchtdioden IR 1-IRn versehen, wobei beim Schließen eines (beliebigen) der Schalter SW 1-SWn ein Wählsignal dem Mikrorechner 20 zugeführt wird. In Abhängigkeit von diesem Wählsignal bewirkt der Mikrorechner 20 das Einschalten oder Aktivieren der dem geschlossenen Schalter entsprechenden IR-Leuchtdioden IR 1-IRn. Weiterhin läßt der Mikrorechner 20 eine in der Mitte der Gruppe angeordnete IR-Leuchtdiode Licht emittieren, wenn alle Schalter SW 1-SWn offen sind. Ein Entfernungsoperationsanweisungs-Schalter 25 liefert einen Mindestentfernungswählbefehl und einen Mittelwertoperationsbefehl zum Mikrorechner 20, wenn sich der Schalter 25 im Schließzustand bzw. im Offenzustand befindet. Dies bedeutet, daß der Entfernung-Operationskreis 23 die Entfernung zum Aufnahme-Objekt jedesmal dann berechnet, wenn eine der IR- Leuchtdioden IR 1-IRn Licht emittiert, um damit aufeinanderfolgend Digitalsignale von m Bits zu erzeugen, wobei der Mikrorechner 20 die betreffenden Größen dieser aufeinanderfolgend erzeugten Digitalsignale speichert.

Wenn dem Mikrorechner 20 entsprechend dem Schließzustand des Schalters 25 ein Mindestentfernung-Wählbefehl eingegeben wird, wählt der Mikrorechner 20 eine der gespeicherten Größen, welche die kürzeste Entfernung (range) repräsentiert. Wenn andererseits entsprechend dem Offenzustand des Schalters 25 der Mittelwertoperationsbefehl dem Mikrorechner 20 eingegeben wird, berechnet dieser den Mittelwert der erwähnten Speichergrößen. Die auf diese Weise gewählte, für die kürzeste Entfernung oder den Mittelwert stehende Größe wird in Form eines Digitalsignals von m Bits einem Objektiv- Ansteuerkreis 26 eingespeist. Letzterer steuert auf der Grundlage der Daten des eingespeisten Digitalsignals ein Objektiv in eine Fokus- oder Scharfstellposition an. Ein Start-Anweisungsschalter 28 liefert in seinem Schließzustand eine Anweisung zum Mikrorechner 20, um diesen die verschiedenen, oben erwähnten Funktionen ausführen zu lassen.

Fig. 5 veranschaulicht eine automatisch scharfstellende Kamera bzw. sogen. Autofocus-Kamera, bei welcher die beschriebene Triangulationseinrichtung in ein Kameragehäuse 30 eingebaut ist. Gemäß Fig. 5 sind die Lichtemissionslinse 11 und die Lichtempfangslinse 12 jeweils im unteren bzw. oberen Bereich des Kameragehäuses 30 angeordnet. Die Triangulationseinrichtung, bestehend aus der Lichtquelle 13 und dem linearen Lagendetektor 14, welche der Lichtemissionslinse 11 bzw. der Lichtempfangslinse 12 gegenüberstehend angeordnet und in Fig. 5 nicht gezeigt sind, befindet sich in einer oberen bzw. unteren Stellung an der Vorderseite des Kameragehäuses 30. Die verschiedenen IR-Leuchtdioden IR 1-IRn, welche die Lichtquelle 13 bilden, sind dabei in waagerechter Richtung senkrecht zur Basislänge der Triangulationseinrichtung nebeneinander (in einer Linie) ausgerichtet.

Im folgenden ist die Betriebsweise der Anordnung beispielhaft für den Fall beschrieben, daß eine Szene mit zwei vergleichsweise eng nebeneinanderstehenden Personen und einem weit entfernten Hintergrund scharf aufgenommen werden soll.

In diesem Fall werden zunächst alle Schalter SW 1-SWn geschlossen. Weiterhin schließt der Schalter 25, um dem Mikrorechner 20 den Mindestentfernungs-Wählbefehl zu liefern. Der Schalter 25 wird geschlossen, da dies für die scharfe Abbildung der beiden in einer kurzen Entfernung stehenden Personen möglich ist. Wenn unter diesen Bedingungen der Startanweisungs-Schalter 28 schließt, läßt der Beleuchtungskreis (lighting circuit) 21 die Anzahl der IR-Leuchtdioden IR 1-IRn nach Maßgabe des Befehls vom Mikrorechner 20 aufeinanderfolgend Licht emittieren.

Wenn zunächst die IR-Leuchtdiode IR 1 zum Emittieren von Infrarotlicht aktiviert wird, wird das Aufnahme-Objekt über die Lichtemissionslinse 11 (Fig. 1) mit dem Infrarotlicht bestrahlt. Wenn beispielsweise gemäß Fig. 6 die im Sucherbild links stehende Person mit dem Infrarotlicht bestrahlt wird, wird das von ihr reflektierte Licht über die Lichtempfangslinse 12 entsprechend der Entfernung zu dieser Person an einer vorbestimmten Stelle auf den linearen Lagendetektor 14 fokussiert bzw. geworfen (vgl. Fig. 1). Entsprechend der Fokussierstellung werden die Ausgangssignale Δ I 1 und Δ I 2 erzeugt. Der Entfernung-Operationskreis 23 berechnet die Entfernung zum Aufnahme-Objekt auf der Grundlage der Ausgangssignale Δ I 1 und Δ I 2 und liefert das Rechenergebnis in Form von Daten mit m Bits zum Mikrorechner 20.

Anschließend wird die zweite IR-Leuchtdiode IR 2 zum Emittieren von Infrarotlicht aktiviert; wenn dabei dieselbe Person (d. h. die Person links im Sucherbild) gemäß Fig. 6 mit dem Infrarotlicht bestrahlt wird, ändert sich die Fokussierstellung des reflektierten Lichts auf der y-Achse am linearen Lagendetektor 14 nicht im Vergleich zur Position auf der y-Achse des Lagendetektors 14, die bei der Bestrahlung mit der ersten IR-Leuchtdiode IR 1 erreicht oder bestimmt wird, wobei dem Mikrorechner 20 vom Entfernung-Operationskreis 23 dieselben Daten aus m Bits wie im vorher beschriebenen Fall geliefert werden.

Als nächstes wird die dritte IR-Leuchtdiode IR 3 zum Emittieren von Infrarotlicht aktiviert; wenn dabei das Infrarotlicht gemäß Fig. 6 zwischen den beiden Personen hindurchfällt, liefert der Entfernung-Operationskreis Daten aus m Bits, die eine Unendlicheinstellung angeben.

Die beschriebenen Vorgänge werden wiederholt, bis die n-te IR-Leuchtdiode IRn Infrarotlicht emittiert hat. Sodann sind alle erwähnten Daten von m Bits im Mikrorechner 20 abgespeichert. Nach der Lichtemission durch alle IR-Leuchtdioden wählt der Mikrorechner 20 die kleinste Größe, d. h. die die kürzeste Entfernung angebenden bzw. der Entfernung zu den Personen gemäß Fig. 6 entsprechenden Daten aus allen gespeicherten Daten, und er liefert die gewählten Daten von m Bits zum Objektiv-Ansteuerkreis 26. Das Objektiv 27 wird demzufolge in die Scharfstellstellung für die Personen gemäß Fig. 6 eingestellt. Offensichtlich kann sich dabei ein Fall ergeben, in welchem ein Mittelwert aus allen Daten, abhängig vom Zustand des Aufnahme-Objekts, vorteilhafter ist als der Wert für die kürzeste Entfernung (shortest value), so daß in diesem Fall der Schalter 25 im Offenzustand verbleibt.

Die EIN/AUS-Betätigung der Lichtemissions-Wähleinheit 24 kann mit der Brennweite des Aufnahme-Objektivs 27 so gekoppelt bzw. so darauf bezogen sein, daß die Entfernungsmeßzone mit länger werdender Brennweite schmäler wird. Auf diese Weise kann die Entfernungsmeßoperation (auch) für größere Entfernungen genau durchgeführt werden.

Weiterhin kann auch unter Weglassung der Lichtemissions- Wähleinheit 24 gemäß Fig. 4 im Mikrorechner 20 ein solches Programm vorgegeben sein, daß die verschiedenen IR-Leuchtdioden zur Durchführung der Entfernungsmeßoperation automatisch angesteuert werden, um aufeinanderfolgend in einer vorbestimmten Reihenfolge Infrarotlicht zu emittieren.

Beispielsweise wird gemäß Fig. 7 eine, im Mittelbereich einer Entfernungsmeßzone angeordnete IR-Leuchtdiode zunächst für die Lichtemission zur Durchführung der Entfernungsmessung aktiviert; wenn dabei die gemessene Entfernung "unendlich" ist, wird die Entfernungsmeßzone allmählich vergrößert. Zu diesem Zweck werden die IR-Leuchtdioden für die Lichtemission vom Mittelbereich derselben aus in Richtung auf die beiden Enden der Anordnung abwechselnd nach rechts und links aktiviert. Wenn die dabei gemessene Entfernung bis zur letzten aktivierten IR-Leuchtdiode bei "unendlich" liegt, wird das Objektiv 27 auf "unendlich" eingestellt. Wenn die mittels des von einer der IR-Leuchtdioden emittierten Lichts gemessene Entfernung nicht bei "unendlich" liegt, wird bestimmt, daß die Entfernung zwischen dem Aufnahme-Objekt und dem Objektiv festgestellt worden ist, so daß das Objektiv auf der Grundlage der Größe der zu diesem Zeitpunkt gemessenen Entfernung angesteuert wird.

Auch bei einer derartigen Anordnung wird im Fall eines Aufnahme- Objekts gemäß Fig. 6 in keinem Fall auf den Hintergrund scharfgestellt, vielmehr erfolgt eine einwandfreie Scharfstellung auf die Personen.

Die Fig. 8 bis 10 veranschaulichen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher ein zweidimensionales Halbleiter- Lagenmeßelement als Lichtmeß- oder -detektoreinheit verwendet wird. Dabei sind eine Lichtemissionslinse 11 und eine Lichtempfangslinse 12 mit einer zwischen ihnen festgelegten Basislänge L in der Nähe eines Aufnahme-Objektivs 27 angeordnet. Eine Lichtquelle 13 ist der Lichtemissionslinse 11 in einem Abstand f ₁ gegenüberstehend angeordnet.

Bei dieser Ausführungsform ist die Lichtquelle 13 mit einem X-Richtung-Lichtemissions- bzw. -Leuchtelementfeld 13 X und einem Y-Richtung-Lichtemissions- bzw. -Leuchtelementfeld 13 Y versehen. Die Leuchtelementfelder (oder auch -arrays) 13 X und 13 Y umfassen jeweils eine Anzahl von Licht emittierenden Elementen, beispielsweise Infrarotlicht emittierenden Dioden oder IR-Leuchtdioden IRx 1-IRxn, die längs der x-Achse nebeneinander angeordnet sind, und IR-Leuchtdioden IRy 1- IRyn, die längs der y-Achse nebeneinander angeordnet sind. Die Felder 13 X und 13 Y sind so angeordnet, daß die Richtungen der einander schneidenden Felder der waagerechten bzw. der lotrechten Richtung eines nicht dargestellten Kameragehäuses entsprechen. Das zweidimensionale Halbleiter-Lagenmeßelement 14 (im folgenden einfach als Lagendetektor bezeichnet) ist der Lichtempfangslinse 12 in einem Abstand f ₂ gegenüberstehend angeordnet. Der Lagendetektor 14 erfaßt die Lichtempfangspositionen in jeder der einander schneidenden X- und Y-Richtungen. Gemäß Fig. 11 sind an beiden Enden des zweidimensionalen Lagendetektors 14 längs jeder Richtung jeweils Elektrodenanschlüsse X 1, X 2 und Y 1, Y 2 vorgesehen. Das Zentrum des Lagendetektors 14 ist gemäß Fig. 9 so angeordnet, daß er eine vorbestimmte Basislänge Ly in Y-Richtung gegenüber dem Leuchtelementfeld 13 X in X-Richtung und eine vorbestimmte Basislänge Lx in X-Richtung in bezug auf das Leuchtelementfeld 13 Y in Y-Richtung aufweist. Infolgedessen werden Länge und Winkel der vorher erwähnten Basislänge L jeweils durch die Größen der Basislängen Lx und Ly bestimmt. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Basislängen Lx und Ly gleich groß gewählt.

In den Fig. 8 bis 10 stehen verschiedene optische Achsen für das ausgestrahlte Licht und das reflektierte Licht zum bzw. vom jeweiligen Aufnahme-Objekt 15, die sich in Positionen N, M und F befinden, wobei das Licht vom X-Richtung- Leuchtelementfeld 13 X abgestrahlt wird. Das von den Objekten in einer der Positionen N, M und F reflektierte Licht wird über die Lichtempfangslinse 12 an den entsprechenden Stellen längs der Y-Richtung auf den zweidimensionalen Lagendetektor 14 geworfen. Wenn dabei das von der Anzahl der IR-Leuchtdioden IRx 1-IRxn, welche das X-Richtung-Leuchtelementfeld 13 X bilden, emittierte Licht von einer festen Position, beispielsweise von in der Position M nebeneinander stehenden Objekten 15 reflektiert wird, wird das reflektierte Licht am Lagendetektor 14 auf entsprechende Stellen fokussiert bzw. geworfen, die längs der X-Richtung in einer entsprechenden festen Position in Y-Richtung nebeneinander (in einer Reihe) ausgerichtet sind, wie dies in Fig. 11 durch eine ausgezogene Linie angedeutet ist. Die Ausgangssignale an den Y-Richtung- Elektrodenanschlüssen Y 1 und Y 2 des Lagendetektors 14 (d. h. Δ Iy 1, Δ Iy 2 gemäß Fig. 10 und 12) variieren in Abhängigkeit von der Änderung der Lichtempfangsposition in Y-Richtung, während die Ausgangssignale in Abhängigkeit von der Änderung der Lichtempfangsposition in der X-Richtung nicht variieren.

Dasselbe gilt für den Fall, daß das von dem Y-Richtung-Leuchtelementfeld 13 X emittierte Licht die Aufnahme-Objekte 15 bestrahlt. Dabei wird das von diesem Leuchtelement 13 Y emittierte und von den Objekten 15 reflektierte Licht am Lagendetektor 14 auf entsprechende Stellen fokussiert bzw. geworfen, die längs der Y-Richtung in einer entsprechenden festen Stellung in X-Richtung nebeneinander (in einer Linie) ausgerichtet sind. Die Ausgangssignale an den X-Richtung- Elektrodenanschlüssen X 1, X 2 des zweidimensionalen Lagendetektors 14 (d. h. Δ Ix 1, Δ Ix 2 gemäß Fig. 12) werden in Abhängigkeit von der Änderung in den Lichtempfangsstellen in X-Richtung erzeugt.

Fig. 12 veranschaulicht eine Steuerschaltung für die beschriebene Triangulationseinrichtung. Dabei umfaßt eine Rechensteuereinheit 20 eine Zentraleinheit (CPU) 20 A, einen Beleuchtungs- bzw Lichtsteuerkreis 20 B, einen Schalterkreis 20 C für Eingangssignale und einen Entfernung- Rechenkreis 20 D. Die Zentraleinheit 20 A steuert die gesamte Schaltungsanordnung. Der Lichtsteuerkreis 20 B aktiviert oder betätigt selektiv das X-Richtung- oder das Y-Richtung-Leuchtelementfeld 13 X bzw 13 Y nach Maßgabe eines Wählcodes von der Zentraleinheit 20 A. Der Lichtsteuerkreis 20 B läßt das Leuchtelementfeld, das durch ein mit dem Entfernung-Rechenkreis 20 D synchrones oder synchronisiertes Zeittaktsignal gewählt wurde, beispielsweise die einzelnen IR-Leuchtdioden IRx 1-IRxn des Felds 13 X, in Abhängigkeit vom Befehl von der Zentraleinheit (CPU) 20 A fortlaufend Licht emittieren.

Der Schalterkreis 20 C wählt die Signale Δ IRx 1, Δ IRx 2 und Δ IRy 1, Δ IRy 2, die an den jeweiligen Elektrodenanschlüssen X 1, X 2 und Y 1, Y 2 des zweidimensionalen Lagendetektors 14 geliefert werden, in Abhängigkeit von einem Moduswählsignal von der Zentraleinheit 20 A, um die Eingangssignale Δ I 1, Δ I 2 dem Entfernung-Rechenkreis 20 D einzuspeisen. Der Schalterkreis 20 C besteht aus vier Analogschaltern a, b, c und d und einem Inverter e zum Steuern des EIN/AUS-Betriebs dieser Schalter. Dabei sind die Eingangsklemmen der Analogschalter a und b mit den Elektrodenanschlüssen X 1 bzw. Y 1 verbunden, während ihre Ausgangsklemmen gemeinsam an eine Eingangsklemme des Entfernung-Rechenkreises 20 D angeschlossen sind. Die Eingangsklemmen der Analogschalter c und d sind mit den Elektrodenanschlüssen X 2 bzw. Y 2 verbunden, während ihre Ausgangsklemmen gemeinsam an die andere Eingangsklemme des Rechenkreises 20 D angeschlossen sind. Der Inverter e empfängt ein Moduswählsignal eines Pegels H oder L (d. h. hoch oder niedrig) von der Zentraleinheit 20 A und liefert ein invertiertes Signal des betreffenden Wählsignals. Wenn nämlich der Inverter ein Eingangssignal eines (hohen) Pegels H abnimmt, erzeugt er ein Ausgangssignal eines (niedrigen) Pegels L, und umgekehrt. Die Gate-Anschlüsse der Analogschalter a und c sind mit der Ausgangsklemme des Inverters e verbunden. Die Gate-Anschlüsse der Analogschalter b und d sind jeweils an die Eingangsklemme des Inverters e angeschlossen. Die Analogschalter a-d werden jeweils durchgeschaltet oder geschlossen, wenn an ihren Gate-Anschlüssen jeweils ein hoher Pegel H anliegt. Wenn somit die Zentraleinheit 20 A ein Moduswählsignal eines hohen Pegels H liefert, werden die Analogschalter b und d geschlossen oder durchgeschaltet, um die Signale Δ Iy 1 und Δ Iy 2 als Signale Δ I 1 und Δ I 2 dem Entfernung-Rechenkreis 20 D einzuspeisen. Wenn andererseits die Zentraleinheit 20 A ein Moduswählsignal eines niedrigen Pegels L liefert, schließen die Analogschalter a und c, um die Signale Δ Ix 1 und Δ Ix 2 als Signale Δ I 1 bzw. Δ I 2 dem Entfernung-Rechenkreis 20 D einzuspeisen.

Der Entfernung-Rechenkreis 20 D erfaßt oder bestimmt die Lichtempfangsposition auf dem zweidimensionalen Lagendetektor 14 auf der Grundlage der beiden Eingangs(signal)größen Δ I 1 und Δ I 2 und berechnet die Entfernung zum Aufnahme-Objekt 15 auf der Grundlage der erfaßten Lichtempfangsposition und einer vorbestimmten Basislänge Lx oder Ly, um das Rechenergebnis der Zentraleinheit 20 A in Form von Daten mit m-Bits zuzuliefern.

Die Zentraleinheit 20 A erzeugt nicht nur den erwähnten Wählcode, das Moduswählsignal, das Zeittaktsignal usw., sondern bewirkt auch die Zwischenspeicherung der ihr fortlaufend vom Entfernung-Rechenkreis 20 D gelieferten Entfernungsgröße, um dabei die Mindestgröße, die häufigste Größe und den Mittelwert der gespeicherten Entfernungsgrößen oder -werte zu berechnen und eine dieser Größen einem Objektiv-Ansteuerkreis 26 zuzuliefern. Letzterer betätigt ein Objektiv 27 nach Maßgabe der Ausgangsgröße von der Zentraleinheit 20 A.

Ein Befehlskreis 24 weist die Zentraleinheit 20 A an, zu starten und das die Entfernungsweiten (range widths) entsprechend dem Sichtwinkel des Objektivs 27 angegebene Signal zu erzeugen, d. h. die Lichtemissionsweite oder -breite der Leuchtelementfelder 13 X und 13 Y, und den jeweils gewünschten Mindestwert, häufigsten Wert oder Mittelwert der gespeicherten Entfernungswerte oder -größen zu liefern.

Bei der beschriebenen Anordnung beginnt die Zentraleinheit (CPU) 20 A in Abhängigkeit vom Startsignal vom Befehlskreis 24 zunächst, eine Entfernung längs der Basislänge Ly in lotrechter Richtung (Y-Richtung) einer Kamera zu messen oder zu bestimmen. Dabei werden das Y-Richtung-Leuchtelementfeld 13 X in Übereinstimmung mit dem Wählcode gewählt und die Analogschalter b und d in Abhängigkeit vom Moduswählcode geschlossen bzw. durchgeschaltet. Unter diesen Bedingungen werden die jeweiligen IR-Leuchtdioden IRx 1-IRxn des X-Richtung-Leuchtelementfelds 13 X aufeinanderfolgend (in turn) für die Lichtemission angesteuert, um das Sichtfeld in waagerechter Richtung abzutasten. Sooft eine der IR-Leuchtdioden IRx 1-IRxn aufeinanderfolgend Licht emittiert, berechnet der Entfernung- Rechenkreis 20 D die Entfernung zum Aufnahme-Objekt, um das Rechenergebnis der Zentraleinheit 20 A zuzuliefern.

Anschließend erfolgt die Entfernungsmessung längs der Basislänge Lx in waagerechter Richtung (X-Richtung) der Kamera. Dabei werden das Y-Richtung-Leuchtelementfeld 13 Y in Übereinstimmung mit dem Wählcode gewählt und die Analogschalter a und c nach Maßgabe des Moduswählsignals geschlossen bzw. durchgeschaltet. Unter diesen Bedingungen werden die einzelnen IR-Leuchtdioden IRy 1-IRyn des Y-Richtung-Leuchtelementfelds 13 Y aufeinanderfolgend zum Emittieren von Licht angesteuert, wobei der Entfernung-Rechenkreis 20 D bei der Lichtemission durch jede Leuchtdiode die Entfernung zum Aufnahme-Objekt berechnet. Die so ermittelten Entfernungswerte werden jeweils einzeln (nacheinander) der Zentraleinheit 20 A eingegeben.

Nach der beschriebenen Entfernungsmessung in Y- und X- Richtung berechnet die Zentraleinheit 20 A den Mindestwert, den häufigsten Wert, den Mittelwert usw.
auf der Grundlage jedes in der beschriebenen Entfernungsmessungsmeßoperation ermittelten Entfernungswerts. Der Objektiv-Ansteuerkreis 26 nimmt den jeweils gewünschten Mindestwert, häufigsten Wert bzw. Mittelwert nach Maßgabe eines Befehls vom Befehlskreis 24 ab, um das Objektiv 27 entsprechend dem so ermittelten Entfernungswert anzusteuern bzw. einzustellen.

Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die Basislängen Lx, Ly jeweils gleich groß gewählt. Sie können jedoch auch verschieden groß gewählt sein, weil die Lichtempfangsposition oder -stelle am zweidimensionalen Lagendetektor 14 der Basislänge proportional ist. Weiterhin entsprechen bei der beschriebenen Ausführungsform die X- und Y-Richtung der waagerechten bzw. lotrechten Richtung einer Kamera, so daß ein Aufnahmemotiv gemäß Fig. 13 kreuzförmig abgetastet wird. Gemäß Fig. 14 können X- und Y-Richtung auch unter einem Winkel von 45° zur Waagerechten bzw. Lotrechten einer Kamera geneigt sein, so daß ein Aufnahmemotiv Y-förmig abgetastet wird.

Mit dem beschriebenen Entfernungsmesser gemäß der Erfindung kann somit eine Mehrpunkt-Entfernungsmessung ohne die Verwendung von beweglichen Elementen oder Mehrfachlinsen vorgenommen werden, so daß keinerlei Entfernungsmeßfehler auftreten und der Entfernungsmesser eine ausgezeichnete Haltbarkeit besitzt. Für den Aufbau der Vorrichtung können weiterhin die bisherigen optischen Lagendetektor-Entfernungsmeßsysteme sowie die entsprechende Ausgangs-Operationsschaltung unverändert übernommen werden, so daß eine hohe Betriebszuverlässigkeit ohne wesentliche Kostenerhöhung erzielt wird.

Claims (5)

1. Entfernungsmesser zum Messen der (Aufnahme-)Entfernung zu einem Aufnahme-Objekt durch Triangulation, gekennzeichnet durch
eine Licht(ausstrahl)quelle zum Emittieren von Licht zum Aufnahme-Objekt, umfassend eine Anzahl von Licht emittierenden Elementen, die nebeneinander (in einer Reihe) längs einer waagerechten, eine gegebene Basislänge orthogonal schneidenden Richtung ausgerichtet sind, wobei die jeweiligen Licht emittierenden Elemente aufeinanderfolgend (in turn) Licht zu emittieren vermögen,
ein lineares Halbleiter-Lagendetektor- oder -meßelement zum Empfangen des vom Objekt reflektierten Lichts zwecks Erzeugung von Ausgangssignalen zur Bestimmung der Entfernung zum Objekt, wobei die Ausgangssignale entsprechend einer Änderung in der Position oder Lage des Lichtempfangs auf dem Lagenmeßelement längs der Richtung der Basislänge variieren, das lineare Halbleiter-Lagenmeßelement um die Basislänge von der Lichtquelle beabstandet ist und die Lichtquelle sowie das Lagenmeßelement in einem Kameragehäuse im oberen bzw. unteren Bereich von dessen Stirnseite angeordnet sind, und
eine Entfernung-Recheneinheit zum Abnehmen der Ausgangssignale vom linearen Halbleiter-Lagenmeßelement zwecks Berechnung der Entfernung zum Objekt, sooft die jeweiligen Licht emittierenden Elemente Licht emittieren.

2. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Speichereinheit zum Speichern der von der Entfernung- Recheneinheit gelieferten Entfernungswerte oder -größen sowie eine Befehlseinheit zur Lieferung eines Befehlssignals zur Speichereinheit, wobei letztere eine bevorzugte Größe aus den gespeicherten Entfernungswerten oder -größen nach Maßgabe des Befehlssignals als Objektiv- Ansteuersignal liefert.

3. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungs- oder Lichtsteuereinheit zum Steuern der Zahl der Licht emittierenden Elemente für das Emittieren von Licht entsprechend einer Brennweite eines Aufnahme- Objektivs.

4. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Lichtemissions-Betätigungseinheit zum Betätigen oder Aktivieren der jeweiligen Licht emittierenden Elemente in der Reihenfolge vom Mittelbereich derselben zu ihren beiden Enden an rechter und linker Seite, wobei dann, wenn die mittels des von einem der Licht emittierenden Elemente emittierten Lichts bestimmte Entfernungsgröße "unendlich" ist, die Lichtemissions-Betätigungseinheit das nächste Licht emittierende Element betätigt oder aktiviert.

5. Vorrichtung zum Messen der (Aufnahme-) Entfernung zu einem Aufnahme-Objekt durch Triangulation, gekennzeichnet durch
eine zum Emittieren von Licht zum Aufnahme-Objekt hin dienende Licht(ausstrahl)quelle, umfassend ein X-Richtung- Leuchtelementfeld oder -array mit einer Anzahl von nebeneinander (in einer Linie) ausgerichteten Licht emittierenden Elementen und ein Y-Richtung-Leuchtelementfeld oder -array mit einer Anzahl von nebeneinander (in einer Linie) ausgerichteten Licht emittierenden Elementen, wobei die X- und Y-Richtung-Leuchtelementfelder einander orthogonal schneiden,
ein zweidimensionales Halbleiter-Lagenmeßelement zum Empfangen des vom Aufnahme-Objekt reflektierten Lichts zwecks Erzeugung erster und zweiter Ausgangssignale zur Bestimmung der Entfernung zum Objekt, wobei die ersten Ausgangssignale entsprechend einer Änderung der Lage oder Position des Lichtempfangs auf dem Lagenmeßelement in der das X-Richtung-Leuchtelementfeld orthogonal schneidenden Y-Richtung variierten und die zweiten Ausgangssignale entsprechend einer Änderung der Lage oder Position des Lichtempfangs auf ihm in der das Y-Richtung- Leuchtelementfeld orthogonal schneidenden X-Richtung variieren und wobei das zweidimensionale Halbleiter- Lagenmeßelement um eine gegebene Basislänge von der Lichtquelle beabstandet ist, und
eine Entfernung-Recheneinheit zum Steuern des Aufleuchtens der X- und Y-Richtung-Leuchtelementfelder der Reihe nach (in order) und zum Empfangen der ersten Ausgangssignale vom zweidimensionalen Halbleiter- Lagenmeßelement, wenn das X-Richtung-Leuchtelementfeld Licht emittiert, sowie zum Empfangen der zweiten Ausgangssignale vom Lagenmeßelement, wenn das Y-Richtung- Leuchtelementfeld Licht emittiert, um die Entfernung zum Aufnahme-Objekt jedesmal dann zu berechnen, wenn die Entfernung-Recheneinheit die betreffenden ersten und zweiten Ausgangssignale empfängt.