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Vorrichtung zur Scharfeinstellung optischer Geräte
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der Eintrittsenden der Lichtwege im Bereich der Abbildungsebene vor, kann man z. B. verschiedene Bereiche der Abbildungsebene mit den Eintrittsseiten der Lichtwege periodisch abtasten, wodurch eine periodische Variation der Lichtintensität an der lichtempfindlichen Einrichtung auftritt, die progressiv zunimmt, wenn das Bild sich von einem defokussierten Zustand in den scharfeingestellten bzw. fokussierten Zustand verändert, womit das zur Verfügung stehende Ausgangssignal vergrössert wird.
Dabei kann den Lichteintrittsseiten der Lichtwege eine vibrierende Bewegung relativ zur Abbildung erteilt werden. Dies kann mechanisch bewerkstelligt werden oder kann sich aus den unvermeidbaren Bewegungen einer von Hand geführten erfindungsgemäss aufgebauten Vorrichtung von selbst ergeben.
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jedem dieser Elemente eine Gruppe von Lichtwegen führt. Dies ergibt mehrere Ausgangssignale, die dann miteinander verglichen werden können, was die Möglichkeit ergibt, ein Differenzsignal zu erhalten, welches keine Hintergrundsignale enthält.
Es sind nämlich im allgemeinen die die Scharfeinstellung anzeigenden Intensitätsvariationen des von den Austrittsseiten der Lichtwege austretenden Lichtes, die durch die periodische Bildabtastung entstehen, gewöhnlich überlagert von verhältnismässig starken Variationen in der Intensität des Hintergrundlichtes, beispielsweise der normalen netzfrequenten Modulation des durch die elektrische Speisespannung erzeugten Lichtes. Demgemäss ist es bei der Schaffung eines gut verwendbaren Scharfeinstellungssignals wünschenswert, dass die Hintergrund- intensitätsvariationen eliminiert wird.
Diese Hintergrundintensitätsvariation wird im wesentlichen in einem Signal eliminiert, welches proportional der Differenz zwischen den Intensitäten des Lichtes ist, das von den jeweiligen Austrittsseiten der Lichtwege austritt, da das Hintergrundlicht auf die Lichtwege, die an den jeweiligen Endpunkten enden, im wesentlichen im gleichen Ausmass auftrifft.
Demgegenüber werden die fokusanzeigenden Intensitätsvariationen im Differenzsignal nicht eliminiert.
Gemäss einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Ausbildung der Lichtwege als Bündel optischer Fasern und Aufteilung der Lichtaustrittsseiten derselben in zwei Gruppen von im wesentlichen gleicher Anzahl, die Lichtwege statistisch verteilt angeordnet sind und die Lichteintrittsseiten der Lichtwege jeder der beiden Gruppen in statistischer, d. h. in sich zufällig ergebender Weise, ineinandergeschachtelt sind. Die Fehlerabweichung einer statistisch gleichen Wahrscheinlichkeitsverteilung von einer exakten Aufteilung auf die Gruppen ergibt dann ein Differenzsignal zwischen diesen Gruppen.
Die Gesamtintensität des an den Lichtaustrittsseiten der Lichtwege austretenden Lichtes variiert dabei zwischen verhältnismässig hohen und niedrigen Werten, weil Teilgruppen der Lichtwege an der Abbildungsebene in periodisch verschiedenen Kombinationen auf scharf abgegrenzte Licht-und Dunkelbereiche des scharf eingestellten Bildes zeigen. Im einem Punkt des Zyklus werden mehr Lichtwege auf dunkle Bereiche des Bildes gerichtet sein, wogegen bei einem andern Punkt des Zyklus mehr Lichtwege auf helle Bereiche des Bildes gerichtet sein werden. Dies bewirkt natürlich eine periodische Variation zwischen verhältnismässig niedrigen und hohen Intensitäten des von den Endpunkten austretenden Lichtes.
Die Grösse der Variation oder die Differenz zwischen den niedrigen und hohen Intensitäten steigt darüber hinaus mit der Schärfe des Fokus des dargestellten Bildes derart, dass eine maximale Grösse oder maximaler Unterschied bei Vorliegen des optimalen Fokus des Bildes vorliegen wird.
Zweckmässig ist dabei die Aufteilung der Lichtwege so gewählt, dass jede ausgewählte Anzahl an der Lichteintrittsseite benachbart liegender Lichtwege mit gleicher Wahrscheinlichkeit auf beide Gruppen aufgeteilt ist. Solcherart führen von einer beliebig ausgewählten Gruppe von an der Abbildungsebene an einander angrenzender Lichtwege praktisch die gleiche Anzahl zu den beiden Endpunkten, wobei höchstens eine mit einer statistischen Verteilung gleicher Wahrscheinlichkeit gegebene Fehlerabweichung in der Verteilung gegenüber einer exakten Aufteilung auftritt. Demgemäss liegt eine Differenz zwischen den Intensitäten des von den jeweiligen Austrittsseiten austretenden Lichtes vor, die gemäss der Scharfeinstellung des Bildes variiert. Das Differenzsignal, welches sich aus dem Paar von Endpunkten ableitet, ist daher ein Mass für die Scharfeinstellung des Bildes.
Hinsichtlich dieser Ausführungsform der Erfindung ist zu bemerken. dass im allgemeinen die optischen Wege der Bildebene nicht unbedingt relativ zum Bild bewegt werden müssen, um ein fokusanzeigendes bzw. von der Scharfeinstellung abhängiges Signal zu erhalten. Dies ergibt sich aus der Fehlerabweichung einer statistisch gleichen Wahrscheinlichkeitsverteilung gegenüber einer exakten Aufteilung auf zwei Endpunkte, wie im einzelnen später beschrieben werden wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Lichtaustrittsseite jeder Gruppe von Lichtwegen eine Photozelle angeordnet ist und die Photozellen elektrisch gegeneinander geschaltet sind. Das Ausgangssignal wechselt bei dieser Ausführungsform von
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der einen Polarität über Null zu der entgegengesetzten Polarität (d. h. von positiv zu negativ), wenn die Stellung einer einstellbaren Optik od. dgl., die die Abbildung erzeugt, von einer Stellung jenseits der Scharfeinstellung zu einer Stellung diesseits der Scharfeinstellung variiert wird. Die Polarität des Signals gibt daher an, auf welcher Seite der Scharfeinstellungsposition die jeweilige Position der Optik ist.
Solch ein Signal ist besonders gut geeignet, um ein Servosystem od. âhni. zur automatischen Einstellung der Optik auf die normale Fokusstellung zu steuern.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Erzeugung eines Signals, welches ein Mass für den Fokus bzw. die Scharfeinstellung eines optischen Bildes ist, und Fig. 2 eine gemäss der Linie 11-11 von Fig. l aufgenommene Ansicht, die den Querschnitt eines Bündels optischer Fasern zeigt, wie es in der Ausführungsform der Fig. 1 Verwendung findet ; Fig. 3 ist ein Schaltschema einer bevorzugten Vergleichsanordnung, die vorteilhafterweise zur Erzeugung eines fokusanzeigenden Signals verwendet wird ;
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Signalintensität in bezug auf die Einstellung der Optik, wie sie bei Signalen, die bei einer Vorrichtung nach Fig. 1 erhalten werden, auftritt, Fig. 5 ist eine schematische Ansicht einer modifizierten Form der erfindungsgemässen Vorrichtung und Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der Signalintensität. in bezug auf die Stellung der Optik, wie sie bei Signalen, die bei einer Vorrichtung nach Fig. 5 erhalten werden, auftritt.
Wie im einzelnen aus den Figuren hervorgeht, betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die ein Signal erzeugt, welches charakteristisch für die Scharfeinstellung eines optischen Bildes ist oder welches in anderer Weise anzeigt, wann ein Bild in optimaler Fokusstellung ist. Die Vorrichtung wird im nachfolgenden unter besonderer Bezugnahme auf sichtbare Bilder beschrieben, wie sie durch Kameras, Entfernungsmesser, Teleskope usw. erzeugt werden. Es muss indessen betont werden, dass die Vorrichtung auch brauchbar ist in Anwendungsgebieten, die Strahlungen ausserhalb des sichtbaren Teiles des elektromagnetischen Wellenspektrums benutzen, z. B. Infrarotstrahlen.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung sind Bauteile vorgesehen, die eine Mehrzahl von optischen Lichtwegen festlegen, die sich von einer Bildebene zu zumindest einem Endpunkt erstrecken, welche Lichtwege vorzugsweise statistisch verteilt angeordnet sind. Die Lichtwege sind vorteilhafterweise durch ein Bündel von optischen Fasern gebildet, wobei die Fasern im Bündel statistisch verteilt angeordnet sind. Weiter sind Bauteile vorgesehen, um den Lichtwegen eine oszillierende oder vibrierende Bewegung zu erteilen, beispielsweise längs eines elliptischen Weges in der Bildebene, so dass periodisch verschiedene Gruppen der Lichtwege über verschiedene Bereiche eines Bildes geführt werden.
Die verschiedenen Gruppen der Lichtwege können beispielsweise durch eine perforierte undurchsichtige Maske oder Gitter begrenzt werden, die an den die Lichtwege festlegenden Bauteilen am bildebenseitigen Ende befestigt ist und das auffalende Licht bereichsweise abdeckt. Die Bauteile zur Bewegung der Lichtwege können verschiedene mechanische oder elektromechanische oder äquivalente Vorrichtungen sein, die wirkungsmässig mit den die Lichtwege festlegenden Bauteilen in Verbindung stehen, es kann aber auch ein Bewegen der die Lichtwege festlegenden Teile von Hand aus vorgesehen sein. Weiters sind vorgesehen Bauteile, die das von den Lichtwegen austretende Licht an den Endpunkten bzw. Endstellen derselben aufnehmen und
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Bildes zu erzeugen.
Das Signal kann beispielsweise proportional sein dem Unterschied zwischen dem Maximum-und Minimumpegel der zyklischen Lichtintensitätsvariation, die bei Bewegung der Lichtwege in der Bildebene relativ zum Bild erzeugt werden. Wenn das Bild unscharf oder aus dem Fokus ist, liegt nur ein geringer Unterschied zwischen Dunkel-und Hellbereichen des Bildes vor und es kann als grau bezeichnet werden. Wenn verschiedene ausgewählte Gruppen der Lichtwege über verschiedene Bereiche des Bildes dahinstreichen, ist demgemäss nur eine geringe Intensitätsvariation vorhanden und ein dem Unterschied zwischen dem Maximum und Minimum der Variation des von den Endstellen austretenden Lichtes proportionales Signal ist daher nur gering. Sobald natürlich das Bild scharf eingestellt wird, werden die Grenzen zwischen den Licht-und Dunkelstellen des Bildes zunehmend schärfer.
Wenn bestimmte Gruppen der Lichtwege über die relativen Licht- und Dunkelstellen des Bildes streichen, werden zu einem bestimmten Zeitpunkt sich mehr Lichtwege an lichten Stellen des Bildes befinden als an dunklen und zu einem andern Zeitpunkt wird es umgekehrt sein. Demzufolge werden die periodischen Variationen der Intensität des von einer Endstelle austretenden Lichtes je mehr das Bild die Scharfeinstellung erreicht zunehmend prägnanter und ebenso steigt entsprechend die Differenz zwischen dem Maximum-und Minimumpegel der Variation an. Der beste Fokus bzw. die beste Schärfe ist demgemäss durch das maximale Differenzsignal angezeigt. Die
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Bauteile die in Abhängigkeit von dem von den Endpunkten bzw.
Endstellen der Lichtwege austretenden Lichtes ein fokusanzeigendes Signal herleiten, können beispielsweise eine Photozelle oder äquivalente Bauteile zur Erzeugung eines elektrischen Signals, welches proportional zur Intensität des darauf fallenden Lichtes ist, sein. Es kann dann z. B. ein Wechselstromvoltmeter Verwendung finden, um die Grösse der periodischen Variation des elektrischen Signals und demgemäss die Güte der Scharfeinstellung des Bildes anzuzeigen. Wie vorstehend bemerkt, ist das Anzeigesignal gewöhnlich überlagert durch ein Hintergrundsignal, welches aus dem Hintergrundlicht entsteht und in einigen Fällen kann das Hintergrundsignal verhältnismässig grossen Variationen, verglichen mit jenen des Anzeigesignals, unterworfen sein.
Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn im Hintergrundlicht eine der Frequenz des Speisenetzes entsprechende (60 Hz) Periodizität vorliegt, wie dies bei normalem Netzanschluss der Fall ist. Unter diesen Umständen ist die Variation des fokusanzeigenden Signals im wesentlichen nicht erkennbar infolge der viel grösseren Variation der Hintergrundsignalintensität. Um dem abzuhelfen, ist im Rahmen der Erfindung die fokusanzeigende Vorrichtung vorzugsweise mit Bauteilen zur Eliminierung der Hintergrundsignalvariationen versehen. Beispielsweise kann ein 60 Hz Filternetzwerk Verwendung finden, um die unerwünschte 60 Hz Hintergrundkomponente aus dem dem Voltmeter angelegten elektrischen Signal zu eliminieren.
Vorzugsweise ist aber vorgesehen, die Lichtwege der Vorrichtung auf zumindest ein Paar von Endpunkten bzw.-stellen aufzuteilen und ein Signal, welches proportional der Differenz zwischen den Intensitäten des an den jeweiligen Endpunkten bzw. -stellen austretenden Lichtes ist, als fokusanzeigendes Signal herzuleiten. Die Hintergrundvariationen der Lichtintensität werden hiedurch eliminiert.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gemäss den dargelegten Gedanken ist im einzelnen nachstehend beschrieben.
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einstellbaren Optik --13-- einer Kamera oder eines andern optischen Instrumentes sein. Die Lichtwege sind im wesentlichen auf die Endstellen mit statistisch gleicher Wahrscheinlichkeitsverteilung aufgeteilt. In dem dargestellten Fall sind die Lichtwege auf ein Paar von Endstellen--12 und 12'-- aufgeteilt. Es kann indessen auch eine grössere Anzahl, wie beispielsweise vier Endstellen vorgesehen sein. Die Lichtwege sind vorzugsweise jeweils durch optische Fasern --14-- begrenzt. Das Faserbündel --15-- ist an dem einen Ende, welches an der Bildebene --11-- liegt, eng gebündelt.
Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, ist eine perforierte Maske --16-- über dieses Bündelende gelegt. Die Maskenperforationen wählen eine Anzahl von Fasern aus, zu denen durch diese Maske ein Lichtzutritt vom Bild in der Bildebene--11--erfolgen kann. Das äussere Ende des Faserbündels ist in zwei Gruppen bzw.
Teilbündel --17 und 17'--von im wesentlichen gleicher Zahl an Fasern - gegabelt, die sich zu den Endstellen-12 und 12'-erstrecken. Vorzugsweise sind zusätzlich weiter Bauteile vorgesehen, um das Bündel --15-- in Oszillation oder Vibration längs beispielsweise eines elliptischen Weges in der Bildebene --11-- zu versetzen, um die Fasern, die durch die Maskenperforationen festgelegt sind, über verschiedene Bereiche eines Bildes in der Bildebene periodisch zu bewegen.
Die Vibrationseinrichtung ist dabei allgemein mit --18-- bezeichnet und die strichlierte Linie --19-- deutet die wirkungsmässig Verbindung mit dem Bündel --15-- an, die in statistischer Verteilung zu einem Bündel --15-- vereinigt sind, festlegt.
Es ist klar, dass auf Grund der statistischen bzw. zufällig sich ergebenden Verteilung der Fasern - --14-- im Bündel --15-- eine statistisch gleiche Wahrscheinlichkeit dafür vorhanden ist, dass von einer ausgewählten Anzahl von Fasern, die an der Bildebene aneinander angrenzen, gleich viele an verschiedenen Endstellen--12 bzw. 12'--enden. In einer solchen statistischen Verteilung besteht indessen natürlich eine Fehlerabweichung gegenüber einer exakt gleichen Aufteilung auf die Endstellen.
Aus den Gesetzen der statistischen Wahrscheinlichkeit wird für eine beliebig gegebene Anzahl von Fasern eine grössere Anzahl cher an der einen Stelle als an der andern enden, infolge der Fehierabweichung gegenüber einer exakt gleichen Verteilung. Demgemäss besteht für irgendeine Lage ausgewählter Fasern in bezug auf ein scharf eingestelltes Bild in der Ebene--11--eine wesentliche Differenz in den Lichtintensitäten an den Endpunkten--12 und 12'--, da in jeder Gruppe ausgewählter Fasern, einschliesslich der Summe aller auswählbaren Fasern, infolge der Fehlerabweichung der Verteilung mehr Fasern unter einer bestimmten Lichtbedingung an der einen Endstelle enden
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an den Endpunkten --12 und 12'-periodisch auf Grund der von den Vibrationsbauteilen--18-herbeigeführten Bewegung der Gruppen ausgewählter Fasern in bezug auf das Bild.
Jede vorliegende
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scharfe Linie oder Hell-Dunkel-Grenze in einem Bild wird periodisch von einer Anzahl von Fasern überstrichen, so dass zu einem gewissen Zeitpunkt im Zyklus mehr Fasern sich an hellen Bereichen befinden als an dunklen, und zu einem andern Zeitpunkt zufolge der geänderten Lage mehr Fasern sich an dunklen Bereichen befinden als an hellen. Dadurch entsteht eine periodisch variierende Differenz zwischen den Intensitäten des an den Endstellen austretenden Lichtes. Die Variationen sind verhältnismässig gross, wenn eine scharfe Abgrenzung zwischen Hell-und Dunkelbereichen des Bildes vorliegt, wenn dieses sich in der Scharfeinstellung befindet, hingegen verhältnismässig gering, wenn das Bild unscharf und im wesentlichen über die Gesamtfläche gesehen grau ist.
Darüber hinaus ist einzusehen, dass die Hintergrundkomponenten in der Differenz zwischen den von den jeweiligen Endstellen übermittelten Lichtintensitäten eliminiert sind. Es ist weiters von Bedeutung zu bemerken, dass infolge der Fehlerabweichung gegenüber einer exakt gleichen Aufteilung der Fasern auf die Endstellen--12 und 12'--die vorliegende Ausführungsform der Vorrichtung gewöhnlich auch funktioniert, ohne dass eine Bewegung des Bündels in bezug zum Bild erforderlich ist. Die Differenz zwischen den Intensitäten des von den jeweiligen Endpunkten--12 und 12'-- übermittelten Lichtes variiert in Übereinstimmung mit dem Fokus eines Bildes in der Brennebene --11-- auch dann, wenn das Bündel sich in bezug zum Bild in fixer Lage befindet.
Obwohl die statistisch verteilt angeordneten Lichtwege gemäss der Erfindung vorzugsweise durch ein Bündel --15-- auf optischen Fasern vorstehend beschrieben verkörpert werden, ist einzusehen, dass verschiedene Alternativen zur Bildung der Lichtwege möglich sind. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Prismen geeignet angeordnet und in einem Plastiklichtleiter od. dgl. eingebaut werden oder in etwas ähnlichem um das Licht längs einer Mehrzahl von Wegen zu brechen die an zwei oder mehr Stellen in statistisch verteilter Weise enden. Ebenso kann eine Anordnung von Spiegeln Verwendung finden, um das Licht längs einer Mehrzahl von Wegen in dieser Weise zu reflektieren.
Unabhängig von den im einzelnen verwendeten Bauteilen zur Begrenzung der Mehrzahl der Lichtwege ist ohne statistische Verteilung derselben die der binomialen Verteilung der Wahrscheinlichkeiten entspricht, die beste. Es ergibt sich dabei bei einer Aufteilung der Lichtwege, auf zwei Endstellen, wie dies z. B. bei der Auf teilung gemäss Fig. 1 auf zwei Endstellen--12 und 12'--der Fall ist für jede ausgewählte Gruppe von n Lichtwegen, daS ' Lichtwege dieser Gruppe an der einen Endstelle enden, wogegen + % Lichtwege an der andern Endstelle enden. Daher besteht in der Differenz zwischen den Intensitäten des Lichtes an den beiden Stellen ein zusätzlicher Effekt der zwischen den
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"1 liegt,ausgewählten Gruppe von Lichtwegen vorliegen.
Dieser zwischen den Fehlerabweichungen liegende additive Effekt ist auch die Ursache, dass ein fokusanzeigendes Differenzsignal selbst dann erzeugt wird, wenn die Lichtwege relativ zu dem Bild nicht bewegt werden. In Fällen, wo mehr als zwei Endstellen Verwendung finden, ist eine geeignete algebraische Betrachtung der Fehlerverteilung der Lichtwege der zu vergleichenden Endstellen gegeben um den oberwähnten zusätzlichen Effekt zu gewährleisten.
Hinsichtlich der Bauteile zur Feststellung der Differenzen zwischen den Intensitäten des an den
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äquivalenteAufnahmestellung für das jeweils von den Endstellen austretende Licht stehen. Mit dem Ausdruck "Photozelle" wie er hier verwendet wird soll dabei ganz allgemein eine photosensible Einrichtung bezeichnet sein, wie sie beispielsweise durch Festkörperphotodioden und Phototransistoren verkörpert ist. Die entsprechenden Photozellen erzeugen elektrische Signale, die proportional sind den Intensitäten
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auch mit einer einzigen Photozelle das Auslangen gefunden werden kann, wenn dieser mit einem geeigneten Lichtstrahlunterbrecher abwechseln das aus den jeweiligen Endstellen austretende Licht zugeführt wird.
Das elektrische Ausgangssignal aus der einzelnen Photozelle ist dabei impulsförmig, und die aufeinanderfolgenden Impulse sind abwechselnd proportional den Intensitäten des Lichtes von der jeweiligen Endstelle. Die Anordnung mit einer einzigen Photozelle ist vom Gleichgewichtsstandpunkt vorteilhaft, da die elektrischen Anzeigesignale der Intensität für beide Endstellen von der gleichen Vorrichtung erzeugt werden. Die elektrischen Ausgangssignale der Photozellen oder der Photozelle können einer Vergleichseinrichtung 21-- zugeführt werden, um ein Signal zu schaffen, welches proportional der Differenz zwischen den erzeugten elektrischen Signalen ist oder es kann in anderer Weise die Differenz angezeigt werden.
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Die Vergleichseinrichtung--21--kann verschiedenartig ausgebildet sein ; im Falle der Verwendung von zwei Photozellen kommt vorzugsweise eine Ausbildung gemäss Fig. 3 in Betracht. In dieser Schaltungsanordnung ist der negative Anschluss der einen Photozelle, beispielsweise der Photozelle-20-, mit dem positiven Anschluss der andern Photozelle, z. B. der Photozelle-20'-- verbunden, und weiter der positive Anschluss der Photozelle --20-- mit dem negativen Anschluss der Photozelle --20'-- über einen Symmetriewiderstand-22-verbunden. Daher sind die Photozellen über den Symmetriewiderstand-22-gegeneinander geschaltet.
Der verschiebbare Abgriff-23des Widerstandes-22-- ist seinerseits über ein Voltmeter --24-- od. dgl. an den Verbindungspunkt zwischen dem negativen Anschluss der Photozelle --20-- und dem positiven Anschluss derder Photozelle-20 bzw. 20'--angelegt. Zusätzlich kann ein Kompensationswiderstand --26-- einer Photozelle parallelgeschaltet werden, im dargestellten Fall zur Photozelle-20'-, um Unterschiede im Frequenzverhalten des jeweiligen Paares von Photozellen--20 und 20'--, die in dieser Anordnung vorgesehen sind, zu kompensieren.
Bei Anordnung einer Vergleichseinrichtung --21-- in der eben beschriebenen Art ergibt sich, dass Licht, welches aus den Endstellen--12 und 12'-austritt und auf die Photozellen-20 und 20'--fällt, die Erzeugung von dem auffallenden Licht proportionalen Ausgangssignalen der Photozellen bewirkt und die Differenz zwischen den von den Photozellen erzeugten Ausgangssignalen am Voltmeter --24-- auftritt. Die Regulierbarkeit der Symmetriewiderstandes-22-erleichtert die Einstellung der Photozellensignale, so dass jewege Ungleichheit zwischen den jweiligen Zweigen des Systems kompensiert werden kann, wenn die Bildebene --11-- Licht gleichförmiger Intensität, d. h. graues Licht, erhält.
Mit andern Worten der Symmetriewiderstand-22-schafft die Möglichkeit eines Nullabgleiches des Systems bei vollständig defokussiertem Bild in der Bildebene wobei der Widerstand vorerst so einjustiert wird, dass am Voltmeter --24-- keine Gleichspannung auftritt, wenn graues Licht gleichförmig über die Bildebene--11--verteilt ist.
Sobald die Vergleichseinrichtung so einjustiert ist, entspricht die Anzeige des Voltmeters --24-- direkt der Fokusschärfe eines Bildes in der Bildebene Es kann nun die Einstellung der einstellbaren Optik --13-- verändert werden, bis das Voltmeter --24-- Maximalspannung anzeigt, d. h. bis der Unterschied zwischen den Intensitäten des von den Endstellen-12 und 12'--austretenden Lichtes ein Maximum ist ; in diesem Fall weist das Bild in der Bildebene --11-- die maximale Schärfe auf, bzw. es liegt optimale Trennung zwischen den Hellund Dunkelzonen in dem von einer jeweils ausgewählten Anzahl von in der Bildebene aneinanderliegenden Lichtwegen vor, was für das Vorhandensein optimaler Fokussierung charakteristisch ist.
Die Variation in der Signalintensität, wie sie durch das Voltmeter --24-- in bezug auf die Stellung der einstellbaren Optik--13--wiedergegeben wird, ist in Fig. 4 dargestellt, worin die Signalintensitätskurve ein verhältnismässig scharfes Maximum zeigt, das an der der Fokusstellung der
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die Intensität des vom Voltmeter --24-- angezeigten Signals schnell zu einem vernachlässigbaren Wert ab, wie Fig. 4 entnehmbar ist. Bei der Scharfeinstellung der einstellbaren Optik--13--hat das Signal die maximale Amplitude.
Obwohl das Voltmeter --24-- in dem Vergleichskreis der Fig. 3 dazu verwendet wird, eine Anzeige der Fokusschärfe eines in der Bildebene --11-- durch die einstellbare Optik-13erzeugten Bildes zu liefern, kann das am Voltmeter auftretende Signal ebenso gut auch dazu verwendet werden, um die Einstellung der Optik selbsttätig zu steuern, so dass die Einstellung automatisch auf optimale Fokussierung gebracht wird. Das Differenzsignal, welches durch die Vergleichseinrichtung - erzeugt wird, kann beispielsweise wie in Fig. 1 angedeutet ist, dazu verwendet werden, um eine Einstellvorrichtung --28-- für die Optik-13--, die mit der einstellbaren Optik-13gekoppelt ist, derart zu steuern, dass die Einstellung der Optik in Übereinstimmung mit dem Signal verändert wird.
Die Einstellbauvorrichtung--28--kann beispielsweise ein Servostellsystem eines Typs sein, der geeignet ist, auf das Maximum bzw. auf die Spitze der Signalintensitätskurve der Fig. 4 anzusprechen. Daher wird bei Vorhandensein eines schwachen Differenzsignals die Einstellvorrichtung - die Einstellung der einstellbaren Optik-13-in Richtung auf die der Linie-27-in Fig. 4 entsprechende Stellung verschieben. Bei Vorliegen der maximalen Intensität des Signals wird die Veränderung der Einstellung der Optik beendet und die Optik in dieser einer optimalen Fokussierung entsprechenden Lage befassen. Sohin kann die Erfindung Verwendung finden für das automatische Scharfeinstellen von Optiken.
Bezüglich einer weiteren Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtungen zur Anzeige der Güte der Fokussierung und zum selbsttätigen Einstellen optimaler Fokussierung sei auf Spaltbildentfernungs-
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messer oder andere Spaltbildeinrichtungen verwiesen, wobei die erfindungsgemässen Vorrichtungen dazu benutzt werden können, um ein Anzeige-oder Steuersignal zu erhalten ob die Spaltbilder übereinstimmen oder nicht.
Im Falle der Ausführungsform nach Fig. 1 kann dabei die Bildebene von der die in statistisch verteilter Lage angeordneten Lichtwege der Vorrichtung ausgehen, die Bildebene einer Spaltbildeinrichtung sein. Solang die Bilder gespalten sind, ist der Kontrast zwischen den Spaltbildern und dem Hintergrund etwa halb so gross wie er ist wenn die Bilder übereinstimmen. Zusätzlich ist der Bereich der Lichtwege über welchen sich die Intensitäten der Spaltbilder verteilen etwa zweimal so gross, wie der Bereich über den sich die Intensität des übereinstimmenden Bildes verteilt. Daraus ergibt sich, dass die Differenz zwischen den Intensitäten des von den Endstellen--12 und 12'-austretenden Lichtes viel grösser ist, wenn die Bilder übereinstimmen, als wenn sie aufgespalten sind.
Daher ist das Differenzsignal, welches von der erfindungsgemässen Vorrichtung erzeugt wird in diesem Fall ein Merkmal dafür, ob die Spaltbilder übereinstimmen oder nicht.
In Fig. 5 ist eine modifizierte Form des fokusanzeigenden oder-einstellenden Systems gemäss der Erfindung gezeigt, welches so ausgebildet ist, dass das Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Einstellung der Optik einen Verlauf wie er in Fig. 6 dargestellt ist, besitzt. Es ist dabei wesentlich, dass die Signalintensität für die einer optimalen Scharfeinstellung der Optik entsprechende Einstellage derselben, wie durch die strichlierte Linie --29-- angedeutet, null ist.
Weiter geht die Signalintensitätskurve durch null symmetrisch von der einen Polarität zur entgegengesetzten Polarität (d. h. von positiv nach negativ), wenn die Einstellung der einstellbaren Optik von einer Stellung --31-- auf der einen Seite der besten Fokusstellung--29--zu einer Stellung --32-- an deren entgegengesetzten Seite verändert wird. Es ist einzusehen, dass ein Verhalten des Ausgangssignals gemäss der Kurve in Fig. 6 besonders gut geeignet ist, um ein Servosystem zu steuern, welches analog, wie die Einstellvorrichtung --28-- zur Veränderung der Einstellung der einstellbaren Optik--13-- verwendet werden kann.
In diesem Fall gibt die Polarität des Signals einen Hinweis auf die Richtung in welcher die Einstellung der Optik verändert werden muss, um optimale Scharfeinstellung bzw.
Fokussierung zu erzielen. Im dargestellten Fall zeigt die positive Polarität an, dass eine Einstellung vorliegt die rechts von der optimalen Fokusstellung liegt, wogegen negative Polarität anzeigt, dass die Einstellung der Optik links der optimalen Fokusstellung steht. Das Servosystem zur Einstellung der Optik kann daher so angeordnet sein, dass es die Einstellung nach links verändert bei einem positiven Signal und nach rechts bei Vorliegen eines negativen Signals, wogegen die Optik sobald das Signal null wird, in ihrer Einstellung belassen wird. Solche Bewegungen können leicht und einfach bewerkstelligt werden durch einen polaritätsempfindlichen Servomotor, welcher je nach Vorliegen eines propositiven oder negativen Signals in entgegengesetzten Richtungen rotiert, beispielsweise im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn.
Die Drehung im Uhrzeigersinn kann verwendet werden um eine Einstellbewegung der Optik nach links zu erzeugen, wogegen eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn dazu dienen kann, eine Einstellbewegung der Optik nach rechts herbeizuführen. Daher bewegt der Motor, wenn die ihm zugeführte Speiseenergie proportional zum Intensitätssignal ist, die Optik in Richtung auf die optimale Fokusstellung und beendet diese Bewegung sobald die Speisespannung null wird, d. h. wenn die Einstellage der Optik optimal ist.
Zur Erzielung einer Signalintensitätskurve der in Fig. 6 dargestellten Form sind bei der Ausführungsform nach Fig. 5 Lichtwege vorgesehen, die in statistischer Verteilung angeordnet sind und die in im wesentlichen gleicher Anzahl in zwei Ebenen oder Flächen enden, die in gleichem Abstand an entgegengesetzten Seiten der Bildebene einer Optik liegen. Die Lichtwege können dabei durch ein verhältnismässig wenig dichtes bzw. lose gepacktes Bündel --33-- optischer Fasern oder äquivalenter Bauelemente gebildet sein, wobei die einzelnen Fasern im Bündel statistisch verteilt angeordnet sind und im wesentlichen die Hälfte der Fasern --34-- von einer Ebene--36--und die andere Hälfte der Fasern--34'--von einer Ebene--36'--ausgehen, die sich, in Längsrichtung gesehen, im Abstand von der Ebene--36--befindet.
Eine geringe Dichte des Bündels ist wünschenswert, damit benachbarte Fasern verhältnismässig weit voneinander liegen und so dass von einem Bild herrührende Licht zu den Enden der Fasern an der inneren Ebene--36'--ungehindert Zutritt hat. Das Bündel ist so angeordnet, dass die Bildebene-37-, in der von einer einstellbaren Optik-38-ein optimal
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statistische Verteilung zu einer ersten Endstelle--39--, wogegen die Fasern--34'--, die von der Ebene--36'--ausgehen, in gleicher Weise vorzugsweise in statistischer Verteilung gebündelt zu einer
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zweiten Endstelle --39'-- führen. Es ist weiter vorgesehen,
dass das Bündel --33-- in bezug auf das Bild eine vibrierende Bewegung ausführt und diesbezüglich kann eine geeignete mechanische Vibriationseinrichtung vorgesehen sein oder es kann das Bündel von Hand aus in obgenannter Weise in vibrierende Bewegung versetzt werden. Es ist klar, dass während einer solchen Vibration oder Bewegung die periodische Variation der Intensität des von der Endstelle --39-- übermittelten Lichtes grösser ist, als jenes das von der Endstelle --39'-- übermittelt wird, wenn ein Bild in der Ebene--36- schärfer abgebildet ist, als in der Ebene--36'--und umgekehrt.
Wenn die Schärfe des Fokus eines Bildes ein bezug auf die beiden Ebenen--36 und 36'--gleich ist, sind die periodischen Variationen der von den beiden Endstellen-39 und 39'--übermittelten Intensitäten im wesentlichen gleich. Wenn die Einstellung der einstellbaren Optik --38-- verändert wird, wird die Stellung einer Abbildung in bezug auf die Ebenen-36 und 36'-- in Längsrichtung verschoben. Wenn die Lage des scharf eingestellten Bildes sich zwischen den Ebenen--36 und 36'--in einander entgegengesetzten longitudinalen Richtungen bewegt wird die Bildlage jeweils von einer Ebene gegen die andere oder umgekehrt bewegt. Daher wird das Bild gesehen von der einen Ebene progressiv defokussiert, während der Fokus des Bildes gesehen von der andern Ebene zunehmend schärfer wird.
Die periodische Variation der Intensität des von Endstelle austretenden Lichtes nimmt demgemäss progressiv ab, wogegen jene des von der andern Endstelle austretenden Lichtes progressiv zunimmt, wenn die Lage des fokussierten Bildes zwischen den Ebenen-36 und 36'-verschoben wird. Wenn die Lage des fokussierten Bildes in der Mitte zwischen den Ebenen-36 und 36'--liegt, d. h. in der Bildebene --37--, zeigen beide Ebenen gleiche Schärfe des Fokus des Bildes und die Variation der Lichtintensitäten, die von den beiden Endstellen--39 und 39'-- übermittelt werden, sind daher gleich.
Das Vorstehende kann noch besser verstanden werden, wenn angenommen wird, dass ein fokussiertes Bild sich links von der Bildebene--37-befindet und demgemäss näher der Ebene --36-- als der Ebene--36'--. Das Bild wird daher in der Ebene--36--relativ scharf und in der Ebene --36'--- relativ unscharf erscheinen. Da verschiedene ausgewählte Gruppen von Lichtwegen, die an den jeweiligen Bildebene--36 und 36'--enden, über verschiedene Bereiche des Bildes durch Vibration des Bündels --33-- hinwegschwingen, ist die periodische Variation der Intensität des von der Endstelle --39-- austretenden Lichtes grösser, als jede des von der Endstelle-39'- austretenden Lichtes.
Wenn nun das fokussierte Bild auf der rechten Seite der Bildebene --37-- liegt und demgemäss näher der Ebene --36'-- als der Ebene--36--, zeigt die Ebene --36'-- ein schärfere Bild als die Ebene --36--. Als Ergebnis ist die periodische Variation des von der Endstelle - -39'-- austretenden Lichtes grösser, als jene des von der Endstelle --39-- austretenden Lichtes.
Wie vorstehend bemerkt, ist das Fokusausmass gesehen von den beiden Ebenen-36 und 36'-- gleich, wenn das Bild sich in der Bildebene--37--befindet, da dann die periodischen Intensitätsvariationen, des von den beiden Endstellen-39 und 39'-austretenden Lichtes gleich sind.
Daher variiert die algebraische Differenz zwischen den gleichgerichteten Gleichspannungskomponenten der periodischen Intensitätsvariationen, des Signals das von dem von den jeweiligen Endstellen austretenden Lichtes hergeleitet wird, von einer Polarität zur entgegengesetzten Polarität, wenn die Lage des fokussierten Bildes sich durch die Variation der Einstellung der einstellbaren Optik - -38-- verändert. Die Differenz verschwindet, wenn das fokussierte Bild in der Bildebene--37- liegt und die Optik sich in der optimalen Fokusstellung befindet. Daher ergibt sich ein Verlauf der Gleisspannungsdifferenz zwischen den Intensitäten des von den Endstellen--39 und 39'-austretenden Lichtes in Abhängigkeit von der Einstellung der Optik --38-- entsprechend der in Fig. 6 dargestellten Kurve.
Um ein elektrisches Signal zu erzielen, welches proportional dem Unterschied zwischen den gleichgerichteten Gleichstromkomponenten der Lichtvariationen bei--39 und 39'-- ist und welches demgemäss ein Mass für den Fokus eines Bildes ist, sind geeignete photoelektrische Wandler und gleich spannungsdifferenzbildende Einrichtungen vorgesehen, die in Fig.5 mit --41-- bezeichnet sind und die das von den Endstellen--39 und 39'-austretende Licht erfassen. Die Bauteile --41-- können von herkömmlicher Art sein. Das Signal kann in der vorher beschriebenen Weise verwendet werden um eine Vorrichtung zur Einstellung einer Optik, die mit der Optik --38-- gekoppelt ist, zu steuern um die Optik in die optimale Fokusstellung zu bringen.
Obwohl die Erfindung nur in bezug auf wenige bevorzugte Ausführungen beschrieben wurde. ist es klar, dass zahlreiche Variationen und Modifikationen vorgenommen werden können ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.