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Die Erfindung betrifft Projektoren, z. B. Laufbild-oder Stehbildprojektoren. Insbesondere beschäftigt sich die Erfindung mit einem akustischen Einstellsystem, zur automatischen Scharfeinstellung eines Projektionsobjektivs eines Projektors. Dieses Einstellsystem nutzt das Phänomen aus, dass sich ein Schallwellenstrahl geradlinig fortpflanzt, bis er auf den Bildträger, z. B. den Film oder das Diapositiv, trifft und dann von diesem reflektiert wird, wobei der Reflexionswinkel dem Einfallswinkel gleich ist.
Beim Betrieb von Laufbild- oder Stehbildprojektoren über einen längeren Zeitraum unterliegen die Bilder verschiedenen Einflüssen, z. B. der Wärme, welche von der Projektionslichtquelle ausgeht, und bewegen sich infolgedessen ein wenig aus ihrer Ausgangsstellung entweder auf das Projektionsobjektiv hin oder von diesem weg. Beim Bildwechsel während der Projektion von Diapositiven können die Bildebenen aufeinanderfolgender Diapositive an verschiedenen Stellen liegen, weil die Diapositivrähmchen unterschiedliche Dicke besitzen. Auch dadurch wird die Scharfeinstellung des Projektors gestört.
Um dieses Auswandern der Scharfeinstellung zu kompensieren, wurde bisher eine manuelle Nachstellung des Projektionsobjektivs vorgenommen. Diese Methode, das Auswandern des Bildes zu kompensieren, ist aber nachteilig und erfordert Zeit und Mühe.
Es wurde deshalb schon vorgeschlagen, einen Projektor mit einem optischen Scharfeinstellsystem auszustatten. Dieses benutzt einen Lichtstrahl, z. B. einen Infrarotstrahl. Bei einem solchen Scharfeinstellsystem benötigt man jedoch zusätzlich zur Projektionslichtquelle noch eine zweite Lichtquelle für das Scharfeinstellsystem selbst. Das Scharfeinstellsystem kann in unerwünschter Weise durch das Licht der Projektionslichtquelle gestört werden, wodurch diese Scharfeinstellvorrichtungen unverlässlich im Betrieb sind.
Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, ein neues akustisches Scharfeinstellsystem zu schaffen, welches von den Nachteilen der bisher benutzten Scharfeinstellsysteme frei ist und überdies Vorteile besitzt, welche von den bisher bekannten Scharfeinstellsystemen nicht geliefert werden konnten.
Zu diesem Zweck werden bei dem erfindungsgemässen Scharfeinstellsystem hochfrequente Wellen mechanischer Vibrationsenergie, z. B. Ultraschallwellen, benutzt, um die Verschiebung des Bildträgers aus seiner Sollage festzustellen.
Wenn als Kontrollstrahlung sichtbares bzw. UV- oder IR-Licht verwendet wird, wird die am Diapositiv reflektierte Strahlungsmenge von den Reflexionseigenschaften des Diapositivs an der Reflexionsstelle in hohem Ausmass beeinflusst. Das heisst : Wenn das Diapositiv am Reflexionspunkt hell gefärbt ist, wird ein grosser Anteil der auftreffenden Kontrollstrahlung durchgelassen und nur ein geringer Anteil reflektiert. Ist das Diapositiv an dieser Stelle hingegen dunkel, wird ein grosser Anteil reflektiert. Die Messanordnung zur Bestimmung der Lageänderung muss deshalb so ausgebildet sein, dass sie für diese Intensitätsschwankungen des reflektierten Strahlers unempfindlich ist.
Es ist deshalb notwendig, bei Messanordnungen mit optischen Strahlungen zwei Strahlungsempfänger anzuordnen, welche die Differenz der auftreffenden Strahlungsanteile ermitteln und diese Differenz in ein Signal umwandeln, das für die Lage des Diapositivs charakteristisch ist. Wenn nun infolge geringer Reflexion an einer hellen Stelle die Intensität des reflektierten Strahles bereits gering ist, wird diese Differenz leicht so klein, dass sie nicht mehr mit der notwendigen Genauigkeit festgestellt werden kann. Die Ansprechempfindlichkeit einer mit optischer Strahlung arbeitenden Kontrolleinrichtung ist deshalb von den Reflexionseigenschaften des Diapositivs abhängig, was zu unerwünschten Funktionsstörungen führen kann.
Bei einer Kontrolleinrichtung, die mit optischer Strahlung arbeitet, müssen die Empfänger so angeordnet sein, dass sie jene Änderungen feststellen, welche die Geometrie des Kontrollstrahlenganges erfährt, sobald das Diapositiv aus seiner Sollage auswandert. Auch aus diesem Grund kann man nur mit zwei Strahlungsempfängern arbeiten, welche die Differenz der Bestrahlungsstärke in Abhängigkeit von der Lage des Reflexionspunktes feststellen.
Im Gegensatz hiezu bietet eine mit Ultraschall arbeitende Kontrolleinrichtung folgende Vorteile :
1. Das Diapositiv reflektiert die gesamte Ultraschallenergie der auftreffenden Strahlung, so dass am Empfänger stets eine gleich grosse Bestrahlungstärke auftritt. Eine Differenzmessung zwecks Ausschaltung von Änderungen der Reflexionseigenschaften wird deshalb überflüssig.
2. Ein Ultraschallstrahl ist im Gegensatz zu einer optischen Strahlung ein kohärenter Wellenzug mit im wesentlichen nur einer einzigen Wellenlänge. Man kann deshalb die Phasenverschiebungen in der reflektierten Welle, welche infolge der Weglängenänderungen bei Verschiebung des Diapositivs sich ergeben, als Messgrösse verwenden. Dadurch erhält man eine sehr verlässlich arbeitende und einfach aufgebaute Steuereinrichtung für die Nachstellung der Bildschärfe.
Da bei der erfindungsgemässen Kontrolleinrichtung die Phasenverschiebungen ausgewertet werden, unterscheidet sich diese auch erheblich von den üblichen Echolotverfahren mittels Schall oder Ultraschall, welche in der Regel die Laufzeit eines Schallereignisses als Messgrösse ausnutzen.
Ultraschallsignale wurden für die Einstellung von Kameraobjektiven auf einen bestimmten Gegenstand schon vorgeschlagen ; vgl. deutsche Patentschrift Nr. 864048.
Dieses System arbeitet jedoch mit Hilfe von Laufzeitbestimmungen und ist deshalb für die Feststellung kleiner Entfernungsunterschiede, die beim Auswandern eines Diapositivs aus seiner Sollage auftreten, nicht geeignet.
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Das Wesen des erfindungsgemässen Einstellsystems lässt sich kurz so zusammenfassen : das akustische Scharfeinstellsystem weist einen kombinierten Konverter und übertrager auf, welcher hochfrequente elektrische Energie in akustische Energie umwandelt und einen Strahl dieser Schallenergie auf den Bildträger richtet, wo dieser reflektiert wird. Weiters besitzt das System einen kombinierten Empfänger und Konverter, welcher den reflektierten Schallstrahl empfängt und in ein elektrisches Signal umwandelt. Der Phasenunterschied zwischen der zugeführten elektrischen Hochfrequenzenergie und dem empfangenen elektrischen Signal hängt davon ab, in welcher Richtung der Bildträger sich aus der Sollage entfernt hat, in welcher er mittels des Projektionsobjektives auf den Projektionsschirm scharf abgebildet ist.
Wenn dieser Phasenunterschied festgestellt und in ein Auswertesignal umgewandelt werden kann, welches einen Einstellmotor in Drehung versetzt, so dass dessen Drehrichtung die Verschiebung des Bildträgers kompensiert, wird es möglich, das Projektionsobjektiv automatisch wieder zu fokussieren. Zu diesem Zweck wird ein verbesserter Phasendetektor benutzt, welcher eine hochfrequente Welle elektrischer Energie in eine Schallwelle umwandelt und diese gegen den Bildträger im Bildfenster sendet, wo die Schallwelle an einer Ebene des Bildträgers reflektiert wird.
Im folgenden wird die Erfindung in ihren Einzelheiten an Hand der Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen stellen dar: Fig.1A die Anordnung des Schallübertragers und-empfängers, welche bei dem erfindungsgemässen akustischen Scharfeinstellsystem verwendet werden, Fig. lB, 2A und 2B Diagramme zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung, Fig. 3A ein Schaltschema eines üblichen Phasendetektors, welcher beim Gegenstand der Erfindung anwendbar ist, aber einen relativ grossen elektrischen Verlust erzeugt, Fig. 3B ein Schaltschema eines verbesserten Phasendetektors, welcher vorzugsweise bei der Erfindung anwendbar ist und Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines akustischen Scharfeinstellsystems gemäss der Erfindung.
In Fig. lA ist eine erfindungsgemässe Anordnung schematisch dargestellt. Diese besitzt einen Konverter und Übertrager --1--, welcher eine elektrische Hochfrequenzwelle in einen Ultraschallstrahl umwandelt, dessen Achse dargestellt ist. Der Ultraschallstrahl trifft auf den Bildträger--3--, z. B. einen Laufbildfilm oder ein Diapositiv, welcher sich im Bildfenster (nicht dargestellt) des Projektors befindet. Ein Empfänger und Konverter--2--nimmt den reflektierten Ultraschallstrahl --2'-- auf.
Das Projektionsobjektiv--4--soll auf den Bildträger --3-- fokussiert sein. Im Beispiel ist als Bildträger --3-- ein Diapositiv dargestellt. Vorzugsweise schliessen die Strahlen --1'-- vom Übertrager - und der Strahl --2'-- zum Empfänger --2-- einen Winkel # miteinander ein, und liegen symmetrisch zur optischen Achse--5'-des Projektionsobjektivs--4--, welche durch die Mitte des Bildfensters--3--und eines nicht dargestellten Projektionsschirmes, auf welchen das Bild scharf abzubilden ist, verläuft. Der Empfänger-2-kann somit den reflektierten Ultraschallstrahl aufnehmen.
Der Winkele zwischen dem einfallenden Ultraschallstrahl --1'-- und dem reflektierten Ultraschallstrahl --2'-- kann im Bereich von 0 bis 1800 verändert werden. Je grösser der Winkel 0 ist, umso schlechter ist die Empfindlichkeit für den reflektierten Ultraschallstrahl. Man kann deshalb die Ansprechempfindlichkeit durch Veränderung des Winkels 0 auf jeden gewünschten Wert einstellen. Im folgenden Beispiel ist für den Winkel 0 der Betrag von 900 gewählt worden, weil dadurch die Erläuterung besonders einfach wird.
In Fig. lB sind die geometrischen Verhältnisse schematisch dargestellt, welche sich bei einer Änderung des
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reflektierten Ultraschallstrahles : L = 11 + 12
In dieser Gleichung bedeutet 11 den Abstand vom Übertrager --1-- zum Auftreffpunkt --P--, und 12 den Abstand vom Punkt--P-zum Empfänger--2--. Wenn sich das Diapositiv --3-- nach einem Ort - oder p"--um eine Strecke AI verschoben hat, ändern sich die Weglängen des Ultraschallstrahles in folgender Weise :
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Man erkennt daraus, dass sich die gesamte Weglänge--L-des Ultraschallstrahles proportional zum Abstand des Diapositivs --3-- vom Projektionsobjektiv --4-- verändert.
Die Fig. 2A zeigt, dass eine solche Änderung der gesamten Weglänge--L-eine Phasenverschiebung zwischen der vom Empfänger--2-- empfangenen Welle und der vom Sender--l--ausgesendeten Welle erzeugt, entweder in positiver oder negativer Richtung.
Vorzugsweise wird als Schallstrahl ein Strahl im Ultraschallbereich zwischen 30 und 100 kHz verwendet, man könnte jedoch auch mit Frequenzen ausserhalb dieses Bereiches arbeiten. Die Wellenlänge des Schallstrahles kann je nach dem gewünschten Genauigkeitsgrad der Scharfeinstellung ausgewählt werden. Die Wellenlänge # sollte zweimal so gross sein wie der Weglängenunterschied Al, der festzustellen ist. Man sieht somit, dass die Genauigkeit der Scharfeinstellung von der Wellenlänge abhängt.
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Die Phasenunterschiede zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Signal sind für die verschiedenen Stellungen--P, P' oder P"--eines Diapositivs-3--in der Fig. 2B- (1) dargestellt. Auf der Abszisse ist die Zeit aufgetragen. In der Fig. 2B- (1) sind die verschiedenen Wellen-t, p, p'und p"-dargestellt. Die Welle --t--, welche voll ausgezogen ist, stellt das gesendete Signal dar und die Wellen--p, p', p"--, welche strichliert gezeichnet sind, deuten die Signale an, welche im Empfänger --2-- bei verschiedenen Stellungen des Diapositivs--3--entstehen.
Wenn die gesendeten und empfangenen Signale einem Phasendetektor zugeführt werden, wie später noch beschrieben werden wird, erzeugt dieser an seinem Ausgang ein Signal, das entweder ein Phasensignal gemäss Fig. 2B- (2), ein positives Phasensignal gemäss Fig. 2B- (3) und ein negatives Phasensignal gemäss Fig. 2B- (4) sein kann, je nachdem, wie sich die Stellung des Diapositivs --3-- geändert hat. Aus einem positiven oder
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erreicht hat, kann die nötige Einstellungsänderung automatisch ausgelöst werden, indem man das Ausgangssignal des Detektors verstärkt und einer Steuereinrichtung, z.
B. einem Elektromotor, zuführt, welcher entweder in positiver oder negativer Drehrichtung umläuft, um entweder die Projektionslampe--5--zusammen mit dem Sender-l-und dem Empfänger-2-zu bewegen oder nur das Diapositiv --3-- allein zu bewegen, bis das vom Detektor abgegebene Signal nach seiner Glättung den Wert Null erreicht hat. In Fig. 3A ist ein üblicher Phasendetektor dargestellt, welcher bei der Erfindung verwendet werden kann, aber einen relativ hohen elektrischen Verlust verursacht. Die Wirkungsweise dieses Phasendetektors ist bekannt und wird deshalb nicht weiter beschrieben.
In Fig. 3B ist ein verbesserter Phasendetektor--9--zusammen mit andern Teilen des erfindungsgemässen Einstellsystems dargestellt, welcher Detektor vorzugsweise verwendet und im folgenden beschrieben werden wird.
Die Fig. 4 stellt das Blockschema einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dar. Die Bezugszeichen
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den verbesserten erfindungsgemässen Phasendetektor an. Eine hochfrequente Welle elektrischer Energie wird in einem Hochfrequenzgenerator--6--in üblicher Weise erzeugt und einem Hochfrequenzverstärker--7-- zugeführt. Ein Signalverstärker-8-verstärkt das vom Sender --2-- abgegebene Signal. Die Verstärker
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wieder in die richtige Scharfeinstellung gebracht worden ist.
Im Betrieb wird die hochfrequente Welle elektrischer Energie, welche vom Hochfrequenzgenerator--6--erzeugt wird, einem Hochfrequenzverstärker --7-- zugeführt, dort verstärkt und dann an den kombinierten Konverter und Sender-l-abgegeben, wo eine hochfrequente mechanische Schwingung erzeugt wird, d. h. eine Ultraschallwelle. Die Frequenz dieser Wellen wird vorher je nach den Erfordernissen des Steuersystems und der Grösse der Verschiebung des Bildes--3eingestellt. Der Ultraschallstrahl trifft im Durchstosspunkt der optischen Achse--5--durch das Diapositiv --3-- auf. Die Ultraschallwelle wird dort reflektiert und gelangt zum Empfänger und Konverter--2-, wo sie in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.
Das empfangene Signal durchläuft den Verstärker-8-und
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Einheit verschoben, bis das Objektiv --4-- wieder den Sollabstand vom Diapositiv --3-- besitzt.
Der Phasendetektor nach Fig. 3B ist einem üblichen Phasendetektor vorzuziehen, weil letzterer einen relativ hohen elektrischen Verlust verursacht und deshalb mehrere Verstärker zur Verstärkung des abgegebenen Signales erfordert. Der verbesserte Phasendetektor --9-- wird nun an Hand der Fig. 3B beschrieben : Mit--20 und 21--sind die Quellen des empfangenen und des gesendeten Signales bezeichnet.--22 und 23-sowie-24 und 25-sind je zwei komplementär geschaltete Transistoren, welche alle die gleiche Charakteristik aufweisen.--26 und 27--sind Halbwellengleichrichter, z. B.
Halbleiterdioden,--28 und 29-sind veränderbare Widerstände zur Einstellung der Empfindlichkeit des Schaltkreises.--30--ist ein veränderbarer Widerstand, welcher zur Nullpunkteinstellung dient, d. h. zum Ausgleich der Spannungen, welche den Gleichrichtern-26 und 27-- zugeführt werden. --31, 32,33, 34,35 und 36-sind konstante Widerstände zur Stabilisierung der Schaltung und-38 und 39-sind Stromquellen, zum Antrieb des Elektromotors --12-- im positiven bzw. negativen Drehsinn.
Beim Betrieb wird zuerst die Amplitude eines Wechselspannungssignales, d. h. des gesendeten Signales - -20--, mittels des variablen Widerstandes --28-- auf eine geeignete Grösse eingestellt. Nach Gleichrichtung mittels der Halbwellengleichrichter--26 und 27--wird dieses Signal der Basis der komplementären Transistoren--22 und 23-- zugeführt. Durch Einstellen des variablen Widerstandes--30--wird die
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Spannung zwischen dem Emitter und der Basis an den beiden Transistoren--22 und 23-- auf die gleiche Grösse eingestellt. Dadurch haben die Transistoren--22 und 23--die gleiche Empfindlichkeit.
Dadurch wird beim Anlegen eines Wechselspannungssignales--20--über die beiden Halbwellengleichrichter --26 und 27-der Basisemitterkreis der Transistoren--22 und 23-- während der positiven Halbwellen des Signales--20-- leitend, während er während des Empfanges der negativen Halbwellen des Signales--20--nicht leitend wird. Die beiden komplementären Transistoren--22 und 23--wirken somit als Schalter. Anderseits wird ein zweites Wechselspannungssignal das Sendesignal --21--, das als gleichphasig mit dem Empfangssignal angenommen ist und vom Hochfrequenzverstärker--7--abgeleitet wird, ebenfalls auf eine passende
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--22-- an--25-- angelegt, wenn der zugehörige Basisemitterkreis der Transistoren--22 und 23--leitend ist.
Das erste Transistorpaar-22 und 24-wird während der positiven Halbwellen des Signales --21-- durchgechaltet, während das andere Transistorpaar-23 und 25--während der negativen Halbwellen des Signales--21-- eingeschaltet ist, wenn dieses um 1800 zum Signal --20-- phasenverschoben ist.
Aus der vorangehenden Beschreibung ist zu erkennen, dass bei Phasengleichheit des gesendeten und des empfangenen Signales nur die positiven Halbwellen des Sendesignales --21-- an die Transistoren--22 und 24-gelangen und dadurch ein Signalstrom im Sinne des Pfeiles-Ii-durch die Transistoren-22 und 24--, nicht aber durch die Transistoren--23 und 25--fliessen kann.
In diesem Falle wird ein empfangenes Signal mit der Wellenform, welche in den Fig. 2B- (3) dargestellt ist, an die Basis des Transistors-24angelegt, wo es verstärkt wird, so dass ein Strom von der Energiequelle--38-- (einer Batterie) über den Widerstand--35--und den Transistor--24--zum Antriebsmotor--12--fliessen kann und dadurch eine Drehung des Motors im positiven Drehsinn hervorruft, welche eine Verschiebung des Bildträgers--3-- kompensiert. Wenn das empfangene Signal und das Sendesignal um 1800 phasenverschoben sind, können nur die negativen Halbwellen des Sendesignales --21-- zu den Transistoren-23 und 25-gelangen.
Im Gegensatz zum vorhin beschriebenen Fall kann nun ein Signalstrom, wie er in den Fig. 2B- (4) dargestellt ist, über die Transistoren--23 und 25--fliessen, welcher mit --12 -- bezeichnet ist, nicht aber über die Transistoren --22 und 24--. Das Signal wird mittels des Transistors --25-- verstärkt und ein Strom --1'2-- kann von der Stromquelle --39-- zum Steuermotor --12-- fliessen, und diesen in negativem Drehsinn in Drehung versetzen. Wenn sich der Bildträger-3--in seiner Sollage--P--befindet, sind das gesendete und das empfangene Signal um 900 phasenverschoben. Es können dann sowohl die Ströme als auch--12'-- abwechselnd fliessen, wie in Fig. 2B- (2) dargestellt ist.
Infolgedessen wird der Steuermotor --12-- weder im positiven noch im negativen Drehsinn in Drehung versetzt. In allen Fällen wird vom Phasendetektor --9-- ein impulsförmiges Signal abgegeben, welches in den Fig. 2B- (2, 3 und 4) dargestellt ist, und der Steuermotor --12-- kann mittels dieses impulsförmigen Signales betätigt werden. Es ist aber auch leicht möglich, das vom Phasendetektor abgegebene Signal zu glätten, falls dies gewünscht sein sollte, z. B. mittels eines Kondensators. Die nach der Glättung sich ergebende Form der verschiedenen Signale ist auf der rechten Seite der Fig. 2B dargestellt und der Glättungskondensator ist in der Fig. 3B strichliert eingezeichnet. Er liegt parallel zum Steuermotor - -12--.
Im Phasendetektor --9-- sind zwar verschiedene Widerstände --31, 32,33, 34,35 und 36-vorgesehen, diese Widerstände können jedoch auch weggelassen werden, ohne vom Prinzip der Erfindung abzuweichen. Es können auch die Zufuhrstellen für das empfangene und das gesendete Signal miteinander vertauscht werden.
Da der phasendetektor --9-- zum Vergleich des gesendeten mit dem empfangenen Signales einen hohen Empfindlichkeitsgrad aufweist, kann das Ultraschalleinstellsystem nach der Erfindung automatisch eine stabile und verlässliche Einstellfunktion mit hohem Genauigkeitsgrad ausführen.
Es sind viele Modifikationen im Rahmen der Erfindung möglich, welche vom speziell beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichen.
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