Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
CAMERA HAVING OPTOELECTRONIC RANGE FINDER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/198245
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a camera having an optoelectronic range finder, a focusable lens and a visually observable display unit for displaying data and/or images. According to the invention, two electronic image recording modules (5, 6) at a distance from one another and having their optical axes aligned to a common target point are integrated into the front surface of the housing (1) of the camera as range finders. A microprocessor unit (12) is present in the housing (1) and connected to the signal outputs of the image recording modules (5, 6) in order to determine the phase difference of the images of the object space recorded by the image recording modules (5, 6) and to compare the determined phase difference to the values stored in a calibration table for the distances associated with different phase differences.

Inventors:
DENK, Robert (Richard-Zimmermann-Weg 18, Braunfels, 35619, DE)
Application Number:
DE2013/100215
Publication Date:
December 18, 2014
Filing Date:
June 13, 2013
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
LEICA CAMERA AG (Oskar-Barnack-Str. 11, Solms, 35606, DE)
International Classes:
G03B13/18; G01C3/06; G02B7/30; G03B17/20; G03B11/04; H04N5/232
Foreign References:
JPH07333492A1995-12-22
DE102012100395A12012-10-25
JP2012133194A2012-07-12
DE10354716A12004-11-04
DE3047184C21988-10-27
DE102012009975A12013-11-21
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
STAMER, Jan (Jahnstr. 9, Wetzlar, 35579, DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1 ) Kamera mit einem opto-elektronischen Entfernungsmesser, einem fokussierbaren Aufnahme-Objektiv und einer visuell beobachtbaren Anzeigen-Einheit zur Darstellung von Daten und/oder Bildern, dadurch gekennzeichnet, dass als

Entfernungsmesser zwei zueinander beabstandete und mit ihren optischen Achsen auf einen gemeinsamen Zielpunkt

ausgerichtete elektronische Bildaufnahme-Module (5, 6) in die Frontfläche des Gehäuses (1 ) der Kamera eingesetzt sind und zur Ermittlung des Phasenabstandes der von den Bildaufnahme- Modulen (5, 6) aufgenommen Bilder des Objektraumes und zum Vergleich des ermittelten Phasenabstandes mit den in einer Eichtabelle abgelegten Werten für die unterschiedlichen

Phasenabständen zugeordneten Entfernungen eine

Mikroprozessor-Einheit (12) in dem Gehäuse (1 ) vorhanden und mit den Signalausgängen der Bildaufnahme-Module (5, 6) verbunden ist,

2) Kamera nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Objektiv ein die aktuelle Fokusentfernung des Aufnahme- Objektivs (2) anzeigender Sensor zugeordnet ist, der mit dem Mikroprozessor-Modul (8) zur Eingabe der Fokusentfernung verbunden ist.

3) Kamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroprozessor-Einheit (12) mit der visuell beobachtbaren Anzeige-Einheit (18) zur Darstellung der aus dem

Phasenabstand abgeleiteten Entfernung und der vom Sensor ermittelten Entfernung verbunden ist.

4) Kamera nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Anzeige-Einheit (18) die von der Mikroprozessor-Einheit (12) ermittelte Differenz zwischen der aus dem Phasenabstand abgeleiteten und der vom Sensor der Fokussier-Einheit des Aufnahme-Objektivs (2) ermittelten Entfernung relativ zu der aus dem Phasenabstand abgeleiteten Entfernung darstellbar ist. 5) Kamera nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahme-Objektiv (2) mit einer manuell oder motorisch betätigbaren Stellvorrichtung zum Null-Abgleich der auf der Anzeige-Einheit (18) angezeigten Differenz der Entfernungen verbunden ist.

6) Kamera nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Sucher (3) mit Suchereinblick (14) und Sucherausblick (15), ein elektronsicher Sucher, ein opto-elektronischer

Kombinationssucher und/oder ein Rückwand-Display zur visuellen Beobachtung des Objektraumes vorhanden ist.

7) Kamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sucherausblick (15) abblendbar ist.

8) Kamera nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein schaltbares opto-elektronisches Bauelement (19) zur Abdeckung des Sucherausblicks (15) vorhanden ist.

9) Kamera nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als opto-elektronisches Bauteil (19) zur Abdeckung des

Sucherausblicks (15) ein PNLC-Display vorgesehen ist.

Description:
Kamera mit opto-elektronischem Entfernungsmesser

Die Erfindung betrifft eine Kamera mit einem opto-elektronischen Entfernungsmesser, einem fokussierbaren Aufnahme-Objektiv und einer visuell beobachtbaren Anzeige-Einheit zur Darstellung von Daten und/oder Bildern.

Digital-Kameras mit diesen Funktionselementen sind in

unterschiedlicher Ausgestaltung bekannt. Die Entfernungsmessung erfolgt üblicherweise durch das Aufnahme-Objektiv hindurch über einen Autofokus-Sensor, der die Entfernungseinstellung des Aufnahme- Objektivs steuert. Die Autofokus-Messung arbeitet entweder nach dem Kontrastverfahren über den Bild-Sensor oder nach dem

Phasenvergleichsverfahren mit Pupillenteilung über ein separates AF- Modul. Bei dem üblicherweise bei Sucherkameras angewendeten Kontrastverfahren muss das Aufnahme-Objektiv über den

Schärfenbereich hinweg gefahren werden und iterativ dem

Schärfepunkt genähert werden. Das Verfahren ist relativ langsam. Das überwiegend bei Spiegelreflexkameras angewendete

Phasenvergleichsverfahren zeigt dagegen direkt die Richtung der Fokusablage an und erlaubt durch Nullabgleich der Phase eine schnellere automatische Fokuseinstellung und Fokusnachführung z.B. bei Serienaufnahmen oder Aufnahmeschwenks.

Der zur Entfernungsmessung anvisierte Bildausschnitt wird

üblicherweise durch Bildbegrenzung innerhalb des auf einem Display an der Rückwand der Kamera dargestellten Bildes angezeigt. Es sind jedoch auch Kameras mit einem Suchereinblick bekannt, in dem der aufzunehmende Bildausschnitt und der Autofokus-Messbereich elektronisch dargestellt werden. Manuell fokussierbare Messsucherkameras sind üblicherweise mit einem optischen Entfernungsmesser ausgestattet, der mechanisch mit einem manuell betätigbaren Fokussierring des Aufnahme-Objektivs gekoppelt ist. Zur Entfernungsmessung werden über getrennte Sucher- Objektive zwei Bilder erzeugt, die in einem Sucherbild als Misch- oder Schnittbild durch Verstellen des Aufnahme-Objektivs zur Überdeckung gebracht werden. Der optische und mechanische Aufbau solcher Messsucher-Systeme ist sehr aufwändig, insbesondere bei Kameras mit auswechselbaren Aufnahme-Objektiven unterschiedlicher

Brennweite, bei denen zusätzlich unterschiedliche Bildfeld- Begrenzungsrahmen in den Sucherstrahlengang eingespiegelt werden müssen. Zur Überlagerung der Bilder im Suchereinblick muss

zumindest die optische Achse eines der Sucher-Objektive in

Abhängigkeit von der Verstellung des Fokussierringes verändert werden. Die optisch-mechanische Justierung dieses Systems ist schwierig und vom Gesamtsystem aus Aufnahme-Objektiv und

Messsucher abhängig. Der Vorteil besteht in der Möglichkeit der Bildgestaltung durch individuell gewählte Schärfeneinstellungen und der Genauigkeit der Entfernungsmessung durch Triangulation, die aber nur für eine manuelle Fokussierung geeignet ist, da sie keine elektronisch verwertbaren Signale für eine AF-Einrichtung liefert.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Vorteile eines opto- mechanischen Meß-Sucher-Systems mit denen eines optoelektronischen Entfernungs-Meßsystems für eine AF-Steuerung zu verbinden, wobei zusätzlich eine Reduzierung der Herstell kosten, des mechanischen Aufbaus und des Justieraufwandes möglich sein sollte.

Diese Aufgabe wird bei Kameras mit den eingangs genannten

Merkmalen erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Die Anordnung von zwei zueinander beabstandeten elektronischen Bildaufnahme-Modulen ermöglicht durch die Wahl des Abstandes die Schaffung einer geeigneten Meßbasis für die Triangulation. Die

Ausrichtung der optischen Achsen der Bildaufnahme-Module auf einen gemeinsamen Zielpunkt vermeidet bewegliche Elemente. Durch die Wahl der Entfernung des Zielpunktes kann die Überdeckung der von den beiden Bildaufnahme-Modulen erfassten Bildwinkelbereiche beeinflusst werden, insbesondere kann ein Anpassung an die

Bildwinkel auswechselbarer Aufnahme-Objektive unterschiedlicher

Brennweite, bzw. von Zoom-Objektiven erreicht werden. Die Ermittlung der Phasendifferenz der von den Bildaufnahme-Modulen

aufgenommenen Bilder ermöglicht eine Angabe der gemessenen Entfernung relativ zum Abstand des Zielpunktes. Durch Testmessungen mit bekannten Objektentfernungen kann eine Eichtabelle für die

Beziehung zwischen gemessenem Phasenabstand und Objekt- Entfernung erstellt und zur Auswertung durch eine Mikroprozessor- Einheit im Gehäuse der Kamera abgelegt werden.

Der erfindungsgemäße Entfernungsmesser kann als selbständige Baugruppe aufgebaut und außerhalb des Gehäuses der Kamera mechanisch vorjustiert werden. Eine Feinkalibrierung der

Bildaufnahme-Module zum Phasenabgleich kann per Software erfolgen. Die Eichtabelle für gemessene Stützstellen der Entfernungen kann für Zwischenwerte der Entfernungen per Software-Rechnung interpoliert werden.

Dem Aufnahme-Objektiv kann ein integrierter, die aktuelle

Fokuseinstellung des Aufnahme-Objektivs anzeigender Sensor zugeordnet sein. Der Sensor kann z.B. auch die Auslenkung eines an sich bekannten Rollenhebels, der an einer Steuerkurve des Aufnahme- Objektivs anliegt, messen. Das Meßsignal des Sensors kann in die Mikroprozessor-Einheit als zusätzliches Signal eingegeben werden.

Die aus dem Phasenabstand ermittelte und die vom Sensor gemessene Entfernung können auf der visuell beobachtbaren Anzeige-Einheit dargestellt werden. Vorteilhaft für die Bewertung durch den Benutzer ist es, wenn auf der Anzeige-Einheit der anvisierte Objektbereich bildlich und die Differenz der beiden Entfernungswerte im Vergleich zur Entfernung gemäß Phasenabgleich als Richtungssymbole angezeigt werden. Zusätzlich können Kenndaten des jeweiligen Aufnahme- Objektivs, Bildfeld-Begrenzungsrahmen und/oder

Belichtungsinformationen dargestellt werden.

Das Aufnahme-Objektiv kann mit einer manuellen oder motorisch betätigbaren Stellvorrichtung zum Null-Abgleich der auf der Anzeige- Einheit angezeigten Differenz der Entfernungen verbunden sein. An der Kamera können damit sowohl manuell fokussierbare Aufnahme- Objektive als auch Autofokus-Objektive verwendet werden.

In an sich bekannter Weise kann in dem Gehäuse der Kamera ein optischer Sucher mit Suchereinblick und Sucherausblick zu visuellen Beobachtung des anvisierten Objektraumes vorhanden sein. Die Anzeige-Einheit kann dabei im Gehäuse der Kamera so angeordnet sein, dass sie über den Suchereinblick beobachtbar ist. Über den Suchereinblick kann aber auch ein rein elektronischer Sucher mit einem bilddarstellenden Display beobachtbar sein. Auch ein

Kombinations-Sucher, der über ein Teilerprisma entweder ein optisches oder ein elektronisches Bild darstellt, kann an dieser Stelle eingesetzt sein. Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Sucherausblick abblendbar ist. Zur Abdeckung des Sucherausblicks kann insbesondere ein schaltbares opto-elektronisches Bauelement vorhanden sein, wie z.B. ein PNLC-Display, ein Glasprisma mit elektrisch steuerbarer

Flüssigkeit, ein elektrisch steuerbarer Spiegel etc. Als vorteilhaft für eine elektronische, also nicht mechanische

Abdunkelung des Sucherausblicks haben sich PNLC-Displays (Polymer Dispersed Network Liquid Crystal) oder auch PDLC-Displays (Polymer Dispersed Liquid Crystal) erwiesen. Besonders vorteilhaft kommen spezielle Display Varianten, die im Durchlichtbetrieb ohne reflektierende oder beleuchtete Rückseite, wie es bei Anzeigeelementen (Displays) ansonsten üblich ist, zum Einsatz. Bei speziellen, ohne zusätzliche Polarisatoren auskommenden LC-Bauelementen sind die

Feststoffpartikel des Flüssigkristall in einem Polymer sehr fein verteilt (dispergierend) gelöst, auf diese Weise verharren die Moleküle bereits bei einer sehr geringen über die gesamte Fläche angelegten Spannung in geordneter Position und lassen so das einfallende Licht durch. Ohne angelegte Spannung fallen die fein verteilten Flüssigkristallmoleküle in eine ungeordnete, das einfallende Licht stark streuende (nahezu sperrende) Ausrichtung. Diese Bauelemente erreichen insbesondere für das sichtbare Licht sehr hohe Transmissionsraten, wohingegen der Lichtfluss ohne angelegte Steuerspannung nahezu unterbrochen wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen LC-Displays sind bei PNLC- oder PDLC-Bauelementen keine Graustufen möglich, es gibt nur die

Zustände "an" -Moleküle in geordnetem, das Licht durchlassendem Zustand- oder "aus" -Moleküle in ungeordnetem, das Licht bis zur Undurchlässigkeit streuenden Zustand-. Auf diese Weise sind diese Bauelemente besonders effizient als elektronisch schaltbarer

Lichtdurchlass oder Lichtsperre für erfindungsgemäße

Sucheranordnungen nutzbar. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des

Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt und wird nachfolgend anhand der Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig.1 eine Kamera mit dem Entfernungsmesser und einem

Kombinations-Sucher und Fig.2 den Einfluss der optischen und geometrischen Parameter auf den opto-elektronischen Entfernungsmesser.

Die in Fig. 1 dargestellte Kamera enthält ein Gehäuse 1 mit Aufnahme- Objektiv 2 und Sucher 3. In die Frontseite des Gehäuses 1 und in Blickrichtung auf die optische Achse 4 des Aufnahme-Objektivs 2 sind zwei elektronische Bildaufnahme-Module 5, 6 zueinander beabstandet eingesetzt. Die Bildaufnahme-Module 5, 6 bestehen jeweils aus einem Meß-Objektiv 7, 8 und einem nachgeordneten Bildaufnahme-Sensor 9, 10. Die Bildaufnahme-Module 5, 6 sind vorzugsweise auf einer gemeinsamen Grundplatte 1 1 angeordnet. Sie können aber auch getrennt voneinander in entsprechende Öffnungen in der Frontseite des Gehäuses 1 eingesetzt sein.

Die von den Bildaufnahme-Modulen 5, 6 aufgenommenen

elektronischen Bildsignale werden einer im Gehäuse 1 angeordneten Mikroprozessor-Einheit 12 zur Ermittlung des Phasenabstandes der jeweiligen einander zugeordneten Bildpunkte zugeleitet (Pfeile). Die Mikroprozessor-Einheit 12 enthält in einem Speicher eine Eichtabelle für die einem Phasenabstand zugeordnete Objektentfernung. Über eine nicht dargestellte Schnittstelle am Gehäuse 1 kann die Software zum Betrieb der Mikroprozessor-Einheit 12 aktualisiert und/oder erweitert werden.

Das an das Gehäuse 1 angesetzte Aufnahme-Objektiv 2 kann ein manuell fokussierbares Objektiv oder ein motorisch verstellbares Objektiv sein. Das manuell fokussierbare Objektiv ist in an sich bekannter Weise mit einer Steuerkurve versehen, an der ein

Rollenhebel 13 entlang läuft. Der Rollenhebel 13 ist mit einem nicht dargestellten elektronischen Sensor zur Ermittlung seiner Auslenkung versehen. Die der Fokusentfernung des Aufnahme-Objektivs 2 entsprechenden Auslenkungssignale werden ebenfalls der

Mikroprozessor-Einheit 12 zugeleitet (Pfeil). Motorisch fokussierbare Objektive enthalten einen elektronischen Maßstab zur Angabe der jeweiligen Fokusentfernung. Auch diese Signale werden der

Mikroprozessor-Einheit 12 zugeleitet (Pfeil). Der in das Gehäuse 1 integrierte Sucher 3 enthält einen Suchereinblick 14 und einen Sucherausblick 15. Dazwischen angeordnet ist ein Prisma 16 mit einer Teilerfläche 17. Über die Teilerfläche 17 kann eine

Anzeige-Einheit 18 beobachtet werden. Vor dem Sucherausblick 15 ist ein schaltbares opto-elektronisches Bauelement 19 angeordnet.

Vorzugsweise ist dies eine PN-LCD (oder PD-LC Element) zur lichtundurchlässigen Abdeckung des Sucherausblicks 15.

Selbstverständlich kann an dieser Stelle auch eine an sich bekannte mechanische Sperre vorgesehen sein.

Auf der Anzeige-Einheit 18 werden von der Mikroprozessor-Einheit 12 und/oder von einem Bildaufnahme-Chip erzeugte Bild- und/oder

Dateninformationen (dicker Pfeil) zur visuellen Beobachtung dargestellt. Durch die Abdeckung des Umgebungslicht-Einfalls über den

Sucherausblick 15 kann die visuelle Wahrnehmbarkeit der

Darstellungen auf der Anzeige-Einheit 18 verbessert werden. Insbesondere ermittelt die Mikroprozessor-Einheit 12 die von den Bildaufnahme-Modulen 5, 6 und dem Sensor am Aufnahme-Objektiv 2 abgeleiteten unterschiedlichen Entfernungsinformationen und deren Differenz. Diese können außer einer Anzeige auf der Anzeige-Einheit 18 oder einem nicht dargestellten Display an der Rückwand des Gehäuses 1 auch für eine Autofokus-Einstellung des Aufnahme- Objektivs 2 genutzt werden (Pfeil). Ergänzend können Kenndaten der jeweiligen Aufnahme-Objektive 2 in die Mikroprozessor-Einheit 12 eingegeben werden, die dazu passenden Bildbegrenzungsrahmen generiert und auf der Anzeige-Einheit 12 dargestellt werden.

Die Einflüsse der Bildwinkel der Meß-Objektive 7, 8, des Kippwinkels ihrer optischen Achsen und ihres Abstandes voneinander sind in Fig. 2 dargestellt.

Fig. 2a) zeigt Meß-Objektive 7, 8 mit kurzer Brennweite und damit einem großen Bildwinkel im Vergleich zu Meß-Objektiven 7, 8 mit langer Brennweite und damit einem schmaleren Bildwinkel. Der Meßbereich für die Entfernungsmessung ist durch die überschneidende Kreuzschraffur der Bildwinkel kenntlich gemacht. Aus einem größeren Überdeckungsbereich ergibt sich ein größerer Meßbereich mit besserem Fokusausschnitt im Bildsensor. Ein schmalerer

Überdeckungsbereich ergibt eine bessere Auflösung des anvisierten Fokusausschnitts und damit eine genauere Messung.

Fig. 2b) zeigt den Einfluß des Kippwinkels der Meß-Objektive 7, 8 zueinander. Je mehr die optischen Achsen der Meß-Objektive zueinander geneigt sind, umso größer ist der Meßbereich und umso besser und genauer ist die zentrische Erfassung des

Fokussierbereichs. Die Kippwinkel der beiden Achsen sollten zusätzlich möglichst gleich sein, um eine genauere Distanzüberschneidung beider Achsen zum Zielpunkt zu gewährleisten. Eventuell notwendige Unterschiede aufgrund einer unsymmetrischen Anordnung der

Bildaufnahme-Module 5, 6 relativ zur optischen Achse des Aufnahme- Objektivs 2 können bei der Grundjustierung des Entfernungsmessers softwaremäßig ausgeglichen werden. Fig. 2c) zeigt den Einfluß des Abstandes der beiden Meß-Objektive 7, 8 zueinander. Je kürzer der Abstand ist, umso größer ist der Meßbereich und umso näher zur Kamera beginnt die Überschneidung der

Bildwinkel. Ein weiterer Abstand liefert dagegen eine größere Meßbasis mit größerer Bildverschiebung zwischen den Bildern der Bildaufnahme- Module 5, 6 und damit eine genauere Auswertemöglichkeit des

Phasenabstandes.

Die geeignete Auswahl der Einflußparameter hängt von der Anzahl und dem Typ der zu berücksichtigenden Aufnahme-Objektive 2 ab und kann vom zuständigen Fachmann durch einfache Versuche optimiert werden. In Fig. 2 ist die Nahstellung durch den Beginn des

Überschneidungsbereichs 20 gegeben.

Bezugszeichenliste

Gehäuse

Aufnahme-Objektiv

Sucher

optische Achse Aufnahme-Objektiv,6 Bildaufnahme-Module ,8 Meß-Objektive ,10 Bildaufnahme-Sensoren 1 Grundplatte 2 Mikroprozessor-Einheit 3 Rollenhebel 4 Suchereinblick 5 Sucherausblick 6 Prisma 7 Teilerfläche 8 Anzeige-Einheit 9 schaltbare Abdeckung 0 Beginn Überschneidungsbereich