Vorrichtung zur selbsttätigen Scharfeinstellung des Objektivs einer Aufnahmekamera Es ist ein Verfahren bekannt, welches es gestattet, das Objektiv einer Kamera auf einen durch den Sucher der Kamera anzuvisierenden Punkt zu fokussieren. Die ses Verfahren ist relativ aufwendig und hat auch vom Prinzip her verschiedene Nachteile. So ist es z. B. nicht für bewegte Objekte geeignet, da die Kamera dem sich bewegenden Objekt exakt folgen müsste, was bei schnel leren Vorgängen kaum möglich und auch wenig sinnvoll erscheint.
Ausserdem sind bei diesem Verfahren die Grenzen der fotografischen Gestaltungsmöglichkeiten sehr eng gezogen, denn das Objekt, auf das fokussiert werden soll, muss sich in der Mitte des Bildfeldes be finden. Dieser zweite, entscheidende Nachteil liesse sich nur mit einer aufwendigen manuellen Führung und einer optischen Anzeige des jeweiligen Punktes, auf den fokussiert wird, beheben. Der erste Nachteil ist aller dings auch mit diesen Massnahmen nicht zu kompensie ren.
Es sind eine Reihe von elektronisch arbeitenden Verfahren seit längerer Zeit bekannt, mit deren Hilfe Entfernungen gemessen werden (z. B. Radar). Diese Verfahren lassen sich aber auf das hier zu lösende Pro blem nicht anwenden, da sie für die geringe Entfernung, auf die in der Fotografie fokussiert werden muss, nicht geeignet sind. Als sinnvoller Bereich, in dem eine auto matische Fokussierung funktionieren sollte, können 1 bis 12 m angenommen werden.
Diese bekannten elektronischen Verfahren beruhen alle entweder auf Laufzeitmessung oder auf der Aus nutzung von Interferenzerscheinungen oder es liegt ein Peilverfahren vor. Das letzte scheidet von vornherein aus, weil hier zumindest zwei örtlich getrennte Sonden gemeinsam ein Objekt anpeilen müssen, d. h., dass aus- ser der Kamera und einem Gerät, welches dem zu foto grafierenden Objekt beigestellt wird, noch ein weiteres Gerät vorhanden sein müsste. Das erstgenannte Ver fahren lässt sich bei dem heutigen Stand der Technik nur mit extrem hohem Aufwand lösen, da die Lauf zeiten elektrischer Signale bei dem oben genannten Ent fernungsbereich in der Grössenordnung von Nanose- kunden liegen.
Wollte man dass zweite Verfahren aus nutzen, so stösst man auf folgende Schwierigkeit: Bei Interferenzerscheinungen müssen die Wellenlängen der interferierenden Wellen in der Grössenordnung der ge wünschten Auflösung liegen. Das wäre in unserem Falle ca. 5 cm, was einer Frequenz von 6 Gigahertz entspre chen würde, die nur mit hohem Aufwand herzustellen und elektronisch zu verarbeiten ist.
Es sind ferner ein Verfahren und eine Einrichtung zur Scharfeinstellung von Kameraobjektiven bekannt, welche sich dadurch kennzeichnen, dass vom Ort der Kamera elektromagnetische oder akustische Wellen in Richtung auf das Objekt ausgestrahlt und aus dem re flektierten Anteil der Strahlung die Entfernung festge stellt und nach dieser die selbsttätige Scharfeinstellung des Objektivs vorgenommen wird. Dabei soll die Strah lung des Entfernungsmessers so stark gebündelt werden, dass sie auf einzelne Teile des von der Kamera erfassten Bildfeldes gerichtet werden kann.
Als elektromagnetische Strahlung sollen sichtbares oder unsichtbares (infrarotes) Licht verwendet werden, und es wird als Entfernungskriterium die Grösse des Lichtflecks gemessen, den das Lichtbündel auf dem Ob jekt erzeugt.
Zwecks Messung mit akustischen Wellen werden Ultraschallwellen verwendet, die von einem Generator sägezahnartig so moduliert werden, dass die Frequenz der Ultraschallwellen stetig anwächst und dann in kur zer Zeit wieder auf den Anfangswert zurückfällt. Durch ein am Kameraort befindliches Mikrophon werden die vom Objekt reflektierten Wellen aufgenommen, wobei die Frequenzdifferenz, die die zurückkommenden Wel len infolge ihrer Laufzeit gegenüber den gerade ausge strahlten aufweisen, ein Mass für die Entfernung des Objekts ist.
Bei jeder Betriebsart (Licht- oder Schallwellen) steuern die aufgenommenen Wellen einen Verstärker, der einen Stellmagneten oder -motor für das Kamera objektiv betätigt. Die Nachteile der Messung mit Lichtwellen sind fol gende: Die Messung beruht, wie oben dargelegt, darauf, dass am Kameraort die Grösse des Lichtflecks ausge wertet wird, den das ausgesandte parallelstrahlige oder divergente Bündel auf dem Objekt erzeugt hat. Die zur Bestimmung dieser Lichtfleckgrösse benötigte Appara tur (besonderes Objektiv sowie Lochblenden) ist um fangreich und mit einer viel zu grossen Trägheit be haftet.
Die Nachteile der Messung mit Schallwellen beste hen darin, dass die benötigte Apparatur aufwendig, um ständlich und wegen des erforderlichen Frequenzver gleichs als mit Unsicherheiten behaftet anzusehen ist. Bei geringen Frequenzdifferenzen sowie bei Empfang von mehrfach reflektierten Wellen müssen Fehleinstel lungen unausbleiblich sein.
Beiden Betriebsarten ist der Mangel gemeinsam, dass die Freizügigkeit in der Aufnahme praktisch aufgehoben ist. Man ist darauf angewiesen, das von den Wellen be aufschlagte Objekt in der Mitte des Gesichtsfeldes zu halten. Ausserdem sind Fehleinstellungen bzw. Einstell unfähigkeiten der Apparatur immer dann gegeben, wenn, was kaum zu vermeiden ist, Wellen durch nicht in der gewollten Objektentfernung, sondern näher und/ oder weiter entfernt liegende Gegenstände reflektiert werden.
Im Hauptpatent ist nun ein Verfahren zur selbst tätigen Scharfeinstellung des Objektivs einer Aufnah mekamera beschrieben, das sich dadurch auszeichnet, dass dem Aufnahmeobjekt ein Geber beigegeben wird, dessen Signale von einem der Aufnahmekamera zuge ordneten Empfänger aufgenommen und einer Verstell einrichtung für die selbsttätige Scharfeinstellung des Ob jektivs zugeführt werden. Dabei kann der Geber in be stimmten Abständen elektromagnetische und Ultraschall impulse abgeben und kann empfängerseitig aus den sich infolge der unterschiedlichen Laufzeiten diese Impulse mit der Objektentfernung ändernden zeitlichen Abstän den zwischen den verschiedenartigen Impulsen die Scharfeinstellung des Objektivs abgeleitet werden.
Dieses Verfahren, durch welches die wesentlichen Nachteile der voraufgeführten bekannten Einrichtun gen, wie mangelnde Freizügigkeit in der Aufnahme, grosser baulicher oder energetischer Aufwand, Betriebs unsicherheit, wie sie besonders beim Empfang von am Objekt reflektierten Wellen auftritt, bereits vermieden werden können, wird durch die im folgenden dargelegte Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung vervoll ständigt.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung nach dem Patentanspruch II des Hauptpatentes, wobei der Geber dazu eingerichtet ist, in vorbestimmten Abstän den elektromagnetische Impulse abzugeben, und wobei die Objektiv-Verstelleinrichtung dazu eingerichtet ist, aus den sich infolge der unterschiedlichen Laufzeiten dieser Impulse mit der Objektentfernung ändernden zeitlichen Abständen zwischen den verschiedenartigen Impulsen die Scharfeinstellung des Objektivs abzuleiten, welche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass am Kameraort eine Empfangssonde für die elektromagneti sche Welle und eine Schallfeldsonde für das Schallfeld vorgesehen sind, und dass eine elektronische Umschalt einrichtung (z.
B. bistabiler Multivibrator) vorhanden ist, welche, durch die zuerst eintreffende elektromagne tische Welle gesteuert, die Empfangssonde für die elek- tromagnetischen Wellen abschaltet und die Schallfeld sonde sowie ein Zeitglied einschaltet.
Vorzugsweise kann die elektronische Umschaltein richtung durch die nachfolgend eintreffende Schallwelle so gesteuert werden, dass diese die Empfangssonde für die elektromagnetische Welle wieder einschaltet und das Zeitglied abschaltet. Der aus der Laufzeitdifferenz der Wellen ermittelte Wert kann dann in einen die Objektiv verstellung bewirkenden Regelwert umgewandelt wer den.
Um zu verhindern, dass eine die Witterungsabhän gigkeit der Schallgeschwindigkeit berücksichtigende Empfangseinrichtung durch die Aufnahme reflektierter Schallwellen gestört und die Entfernungs-Einstellein- richtung zu falschen Objektivstellungen gebracht wird, können in einer bevorzugten Ausführungsform der Vor richtung die empfangenen Schallwellen auf zwei Wegen einem Regelverstärker/Speicher und über diesen einer Triggerschaltung zugeleitet werden, von denen der eine Weg Mittel enthält, die aus dem Eintreffzeitpunkt der Schallwelle die Objektentfernung feststellen, und der an dere Weg Mittel enthält, die die Amplitude des Schall wellensignals feststellen. Die Mittel des die Entfernung feststellenden Weges können dabei mit dem Zeitglied (z. B.
Kondensatoraufladeglied) verbunden sein, das bei Eintreffen der elektromagnetischen Wellen angeschal tet und bei Eintreffen der Schallwelle abgeschaltet wird, und sie können einen Zwischenspeicher (z. B. einen Feldeffekttransistor) enthalten, der die Aufgabe hat, den Messwert über die Messintervalle aufrechtzuerhal ten und die Messgrösse an den Regelverstärker/Speicher weiterzuleiten. Ferner können in dieser Ausführungs form die genannten Mittel des die Signalamplitude fest stellenden Weges im wesentlichen aus einem durch die elektromagnetische Welle eingeschalteten Transistor schalter bestehen, an den der Regelverstärker/Speicher ebenfalls mit seinem Eingang angeschaltet ist.
Hierbei kann durch den Regelverstärker/Speicher in Abhängig keit von den eingegebenen, der Objektentfernung und der Schallwellenamplitude entsprechenden Grössen, am Trigger ein Ansprechspielraum mit einer Ansprechwelle festgelegt werden, der lediglich Signale aus danach zu erwartenden Entfernungsänderungen weiterzuleiten, re flektierte Wellen dagegen auszuschliessen gestattet.
Als Geber kann vorzugsweise ein Sender verwendet werden, der gleichzeitig elektromagnetische und Schall- wellenirnpulse aussendet. Auf diese Weise kann mit dem Eintreffen des elektromagnetischen Wellenimpulses dem Empfänger mitgeteilt werden, dass im gleichen Augen blick der Schallwellenimpuls zur Aussendung gelangt, wobei dann lediglich die Zeit bis zum Eintreffen des letzteren, z. B. in eine Spannungs- oder Stromgrösse um gewandelt (z. B. Kondensatoraufladezeit), das Mass für die Objektentfernung darstellt. Es braucht keine weitere Zeit berücksichtigt zu werden, wie dies z. B. der Fall wäre, wenn die beiden Wellenimpulse nacheinander zur Aussendung gelangten.
Die Impulsaussendung kann dadurch verwirklicht werden, dass am Sendeort eine gemeinsame Sonde oder durch getrennte Sonden gleichzeitig kurze elektromagne tische und Schallwellenimpulse mit ein Vielfaches der Impulsdauer betragenden Unterbrechungszeiten ausge sendet werden. Bei Impulsaussendung durch eine ge meinsame Sonde kann diese vorteilhaft als magneto- striktiver Schwinger ausgebildet werden.
Die Beigabe eines Gebers bzw. Senders zum auf zunehmenden Objekt bedeutet in der Regel keinerlei erschwerende Voraussetzung für die Aufnahme(n), da ein derartiges elektronisches Gerät klein und leicht sein kann und dann bei Film-, Fernseh- und Stehbildaufnah men von dem als Objekt ausersehenen Mitwirkenden unauffällig bzw. unsichtbar getragen werden kann. Der von einem solchen Sender in der Regel überstrichene Breitenbereich enthebt dabei der Notwendigkeit, das be treffende Objekt in der Mitte des Gesichtsfeldes halten zu müssen, wie es beim Bekannten der Fall ist. Das Ob jekt kann vielmehr über das Gesichtsfeld der Aufnahme hinwegwandem; eine automatische Objektivnachfüh rung unter grosser Freizügigkeit der Aufnahme ist also möglich.
Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Aus führungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 schematisch ein Zusatzgerät, welches dem Objekt, auf das fokussiert werden soll, beizufügen ist, und Fig. 2 ein Blockschema der notwendigen Bausteine und Funktionsteile in einer Aufnahmekamera, wobei Pfeile die Wirkrichtung der Signale angeben.
In der dargestellten Vorrichtung werden von einem durch einen Impulsmustergeber IMG modulierten Sen deoszillator OSZ, Fig. 1 kurze Impulse ausgesandt (Dauer z. B. 2 msec). Diese Impulse werden vorzugs weise von einer gemeinsamen Sonde SEMF + SSF oder auch von zwei getrennten Sonden SEMF und SSF, siehe gestrichelte Darstellung, in elektromagnetische Wellen und Schallwellen umgewandelt. Die Frequenzen der elektromagnetischen und Schallwellen sollen gleich sein, und zwar knapp unter 10 kHz (das hat den Vorteil, dass die ganze Anlage in Deutschland ohne Genehmi gung der Bundespost betrieben werden kann, ausserdem ist die Absorption der Schallwellen bei 10 kHz noch relativ gering).
Von dem Sender werden also gleichzeitig elektromagnetische und Schallwellen in Impulspaketen ausgestrahlt.
Die Zeitdauer zwischen den 2 msec-Impulsen soll ca. 50 msec betragen (dies wird später begründet). Wird die Ausführungsform mit nur einer Sonde gewählt, so kommt hierfür ein magnetostriktiver Schwinger in Fra ge, der den Vorteil hat, sich relativ leicht realisieren zu lassen, da er nur aus einer Spule mit Kern besteht, und der mit einer niedrigeren Spannung auskommt, die ja in dem Sender, da er batteriebetrieben sein wird, zur Ver fügung steht.
Auf Grund der hohen Ausbreitungsgeschwindig keit der elektromagnetischen Welle eilt diese der Schall welle voraus und ist - bezogen auf die Laufzeiten der Schallwelle - praktisch sofort an der Kamera. Hier (Fig. 2) befinden sich zwei Empfangssonden. Von der Sonde EMF, die auf das elektromagnetische Feld reagiert, wird das Impulspaket auf einen Pufferverstär ker PV1 geleitet, welcher wiederum auf einen Selektiv verstärker SV arbeitet, der die Sendefrequenz ausfiltert. Anschliessend wird diese in einem Gleichrichter G gleichgerichtet und über eine Triggerschaltung TRG als Eingangssignal für einen bistabilen Multivibrator BMV benutzt.
Bei diesem Vorgang wurde von der Vor aussetzung ausgegangen, dass vorher der Ausgang A1 des bistabilen Multivibrators BMV den Pufferverstärker PV1 eingeschaltet hatte. Wenn jetzt das Signal an den Eingang des bistabilen Multivibrators BMV kommt, so übt er seine Funktion aus, und der Pufferverstärker PV2 wird über Ausgang A2 angeschaltet, PV1 dann abgeschaltet und ein Transistorschalter TS2 eingeschal- tet, so dass das Ausgangssignal des selektiven Verstär kers SV jetzt auch auf einen Regelverstärker RV/SP gelangt. Die Sonde SF für Schallwellen ist also über den Pufferverstärker PV2 an den Selktivverstärker SV an geschlossen. Gleichzeitig wird jetzt ein Zeitglied ZG ge startet (z. B. Kondensatoraufladung). Dieser ganze Vor gang erfolgt im Bruchteil einer msec.
Je nach Entfer nung des Senders von der Kamera wird die Laufzeit der Schallwelle ca. 3-35 msec betragen.
Gelangt jetzt in dieser Zeitspanne die Schallwelle an die betreffende Sonde SF, dann wird sie im Puffer verstärker PV2 verstärkt, anschliessend selektiert, gleich gerichtet und über die Triggerschaltung TRG wieder dem Eingang des bistabilen Multivibrators BMV zu geführt (die Funktion der Teile TS2, TRG und RV/ SP wird später erklärt). Der bistabile Multivibrator BMV kippt wiederum um und schaltet die Schallfeld sonde SF ab, so dass Schallwellen, die über den Um weg einer Reflexion vom Sender zur Kamera gelangten, sich nicht mehr auswirken können.
Gleichzeitig wird das Zeitglied ZG gestoppt, der Transistorschalter TS2 wieder abgeschaltet und ein mo nostabiler Multivibrator MMV eingeschaltet. Dieser schaltet für eine kurze Zeit (unter 1 msec) einen Tran sistorschalter TS1 durch, so dass auf Grund der Lauf zeit der Schallwelle die im Zeitglied ZG vorhandene Information in einen Zwischenspeicher ZSP gelangen kann. Der Zwischenspeicher ZSP gibt seine Informa tion an den Regelverstärker/Speicher RV/SP und an eine Brückenschaltung BS weiter. Ist das Objektiv, welches von einem Motor M angetrieben wird, nicht auf die richtige Enrfernung fokussiert, so wird die Brük- kenschaltung verstimmt, und der Motor dreht das Ob jektiv so lange, bis die Sollage erreicht ist.
Die jeweilige Stellung des Objektivs wird der Brückenschaltung über ein Potentiometer P, welches vom Motor M synchron mit dem Objektiv verstellt wird, mitgeteilt. Wie bereits oben erwähnt, ist durch das Wiederumkippen des Mul tivibrators BMV jetzt die Sonde EMF für das elektro magnetische Feld über den Pufferverstärker PV1 wieder an den Selektivverstärker SV angeschlossen und ist für den Empfang des nächsten Impulspaketes der von dem Sender ausgestrahlten elektromagnetischen Welle bereit. Damit ist der Kreislauf schon geschlossen, denn die ein treffende elektromagnetische Welle schaltet wiederum die Schallfeldsonde SF an den Selektivverstärker SV und lässt das Zeitglied ZG starten.
Nach Eintreffen der Schallwelle wird wiederum umgeschaltet auf die Sonde EMF, das Zeitglied ZG gestoppt und der neu ermittelte Wert über den Zwischenspeicher ZSP der Brücken schaltung BS und dem Regelverstärker/Speicher RV/SP mitgeteilt.
Nun zur Funktion der Teile TS2, RV und TRG. Bekannterweise ist die Ausbreitung von Schallwellen stark witterungsabhängig, d. h. bei ungünstigen Verhält nissen (z. B. Nebel) kann die Absorption um ein mehr faches gegenüber derjenigen bei günstigen Bedingun gen liegen. Um aber mit Sicherheit die Schallwelle des Senders an der Kamera empfangen zu können, müsste man den Pufferverstärker PV, und den Selektivverstär- ker SV den ungünstigsten Verhältnissen entsprechend auslegen.
Das hätte folgendes Funktionsrisiko zur Folge: Bei günstigen Umweltbedingungen könnte anstelle der zuletzt ausgesandten Schallwelle eine Reflexion eines zeitlich davorliegenden Impulsces aufgefangen werden. Das würde selbstverständlich zu einer Fehlmessung füh ren. Dieses Versagen des Systems soll folgendermassen ausgeschlossen werden: Kommt die erste vom Sender ausgestrahlte Schallwelle an, so gelangt diese (wie oben geschildert) über den Transistorschalter TS2 auch an den Regelverstärker/Speicher RV/SP. Ausserdem erhält dieser Baustein vom Zwischenspeicher ZSP auch die Information über die gemessene Entfernung.
Aus diesen beiden Werten, nämlich dem durch den Schalter TS2 mitgeteilten Amplitudenwert und dem durch die Teile ZG und ZSP festgestellten, aus der Kondensatorspan nung an ZG z. B. ermittelten Entfernungswert, kann der Regelverstärker RV einen Wert ermitteln, den er über den Speicher SP der Triggerschaltung TRG mitteilt. Dieser Wert entspricht (unter Berücksichtigung einer gewissen Sicherheit) demjenigen Spannungswert, der am Ausgang des Gleichrichters G vorhanden sein muss, entweder bei maximaler Entfernung (12 m) oder bei einer festzusetzenden prozentualen Änderung der er sten gemessenen Entfernung, d. h. der Regelverstärker setzt für den Trigger eine Schwelle fest, die abhängig von der Stärke der empfangenen Schallwelle - also auch von den Witterungsbedingungen - variiert wird.
Mit anderen Worten, durch den Auftreffzeitpunkt der Schallwelle im Vergleich zur elektromagnetischen Welle wird durch die Kondensatoraufladezeit im Zeitglied ZG eine der Objektentfernung proportionale Spannungs- grösse hergestellt, die sowohl dem Brückenkreis BS als auch über den Zwischenspeicher ZSP dem Regelver stärker RV/SP zugeleitet wird. Der Transistorschalter TS2, durch die elektromagnetische Welle in Bereit schaft gesetzt und durch die Schallwelle eingeschaltet, teilt dem Regelverstärker/Speicher RV/SP die Signal stärke der Schallwelle mit. Der Regelverstärker/Speicher RV/SP stellt an der Triggerschaltung TRG einen An sprechspielraum mit einer Ansprechschwelle für zu er wartende, im Rahmen bleibende Entfernungsänderun gen fest.
Da nun die Zeit zwischen den Impulspaketen ca. 50 msec betragen soll, müssen die Schallwellen, die eine Laufzeit von 50 msec durchgemacht haben, in ihrer Amplitude mehr abgesunken sein als der nächste Im puls, der maximal 12 m zurückgelegt hat. Zwischen die sen beiden Amplituden liegt jeweils die entsprechend angepasste Schwelle des Triggers TRG, so dass reflek tierte Wellen keinen Einfluss auf den bistabilen Multi vibrator BMW ausüben können und somit keine Fehl messung möglich ist. Dies ist ein entscheidender Punkt, die Funktionssicherheit des gesamten Systems zu garan tieren.
Hinzu kommt, dass reflektierte Wellen, die infolge ihrer längeren Laufzeit in die Wirkzwischenzeiten von 50 msec hineinfallen, in denen kein Empfang stattfin det, sowieso nicht berücksichtigt werden und auf diese Weise die Arbeit der Einstelleinrichtung nicht stören können.
Aus den obigen Erläuterungen geht das Prinzip des Systems hervor: Mit der elektromagnetischen Welle wird die Kamera mit dem Sender synchronisiert, d. h. diese Welle gibt der Kamera die Information: Jetzt wird eine Schallwelle ausgesandt, so dass die Kamera zu diesem Zeitpunkt mit der Zeitmessung beginnt. Der übrige Vor gang ist eine einfache Laufzeitmessung. Günstig er scheint bei dem hier gezeigten System, dass der im Sen der notwendige Aufwand sehr gering ist, was der For derung nach kleinem Volumen entgegenkommt.
Selbstverständlich lassen sich Bausteine und -grup- pen des hier vorgeschlagenen Systems modifizieren. Z. B. könnte man zwei Selektivverstärker verwenden, dadurch würden einige Transistorschalter wegfallen.
Apparatus for the automatic focusing of the lens of a recording camera A method is known which allows the lens of a camera to be focused on a point to be aimed at by the viewfinder of the camera. This method is relatively complex and also has various disadvantages in principle. So it is e.g. B. not suitable for moving objects, as the camera would have to follow the moving object exactly, which is hardly possible and also makes little sense in faster processes.
In addition, with this method the limits of the photographic design options are very tight, because the object to be focused on must be in the center of the image field. This second, decisive disadvantage could only be remedied with complex manual guidance and an optical display of the respective point on which the focus is placed. However, the first disadvantage cannot be compensated for with these measures either.
A number of electronically operating methods have been known for a long time, with the aid of which distances are measured (e.g. radar). However, these methods cannot be applied to the problem to be solved here, since they are not suitable for the short distance that has to be focused on in photography. A sensible area in which automatic focusing should work can be assumed to be 1 to 12 m.
These known electronic methods are all based either on time of flight measurement or on the use of interference phenomena or there is a direction finding method. The last one is ruled out from the outset, because here at least two spatially separate probes have to jointly aim at an object, i. This means that apart from the camera and a device that is attached to the object to be photographed, another device would have to be present. With the current state of the art, the first-mentioned method can only be achieved with extremely high effort, since the transit times of electrical signals in the above-mentioned distance range are in the order of magnitude of nanoseconds.
If one wanted to use the second method, one would encounter the following difficulty: In the case of interference phenomena, the wavelengths of the interfering waves must be in the order of magnitude of the desired resolution. In our case, that would be approx. 5 cm, which would correspond to a frequency of 6 gigahertz, which can only be manufactured and processed electronically with great effort.
Furthermore, a method and a device for focusing camera lenses are known, which are characterized in that electromagnetic or acoustic waves are emitted from the location of the camera in the direction of the object and the distance is determined from the reflected portion of the radiation, and after this the the lens is automatically focused. The aim is for the rangefinder's radiation to be bundled so strongly that it can be aimed at individual parts of the image field captured by the camera.
Visible or invisible (infrared) light should be used as electromagnetic radiation, and the size of the light spot that the light beam generates on the object is measured as a distance criterion.
For the purpose of measuring with acoustic waves, ultrasonic waves are used which are modulated in a sawtooth-like manner by a generator in such a way that the frequency of the ultrasonic waves increases steadily and then falls back to the initial value in a short time. The waves reflected by the object are picked up by a microphone located at the camera location, the frequency difference that the returning waves have due to their transit time compared to the ones that have just been emitted is a measure of the distance to the object.
In each operating mode (light or sound waves), the recorded waves control an amplifier, which actuates an actuating magnet or motor for the camera objectively. The disadvantages of measurement with light waves are as follows: The measurement is based, as explained above, on the fact that the size of the light spot is evaluated at the camera location, which the emitted parallel-beam or divergent bundle has generated on the object. The apparatus required to determine this light spot size (special lens and pinhole diaphragms) is extensive and involves much too much inertia.
The disadvantages of the measurement with sound waves consist in the fact that the required equipment is expensive, in order to be regarded as uncertain because of the necessary frequency comparison. Incorrect settings must be unavoidable in the case of small frequency differences and the reception of multiple reflected waves.
Both modes of operation have in common that the freedom of movement in admission is practically eliminated. One has to rely on keeping the object hit by the waves in the center of the field of view. In addition, incorrect settings or inability to adjust the equipment are always given when, which can hardly be avoided, waves are reflected by objects not at the desired object distance, but closer and / or further away.
In the main patent, a method for automatically focusing the lens of a recording camera is now described, which is characterized in that the recording object is added to a transmitter whose signals are recorded by a receiver assigned to the recording camera and an adjustment device for the automatic focusing of the Ob can be fed jective. The transmitter can emit electromagnetic and ultrasonic pulses at certain intervals and the focus of the lens can be derived on the receiver side from the time intervals between the various pulses that change with the object distance as a result of the different transit times of these pulses.
This method, through which the main disadvantages of the aforementioned known Einrichtun conditions, such as lack of freedom of movement in the recording, large structural or energetic expenditure, operational uncertainty, as occurs especially when receiving waves reflected on the object, can be avoided by the in the following set out device according to the present invention completes.
The subject of the invention is a device according to claim II of the main patent, wherein the transmitter is set up to emit the electromagnetic pulses in predetermined Abstän, and wherein the lens adjustment device is set up from which, as a result of the different transit times of these pulses with the object distance changing time intervals between the different types of impulses to derive the focus of the lens, which device is characterized in that a receiving probe for the electromagnetic wave and a sound field probe for the sound field are provided at the camera location, and that an electronic switching device (e.g.
B. bistable multivibrator) is available, which, controlled by the electromagnetic wave arriving first, switches off the receiving probe for the electromagnetic waves and switches on the sound field probe and a timer.
The electronic switching device can preferably be controlled by the subsequently arriving sound wave in such a way that it switches on the receiving probe for the electromagnetic wave again and switches off the timer. The value determined from the difference in transit time of the waves can then be converted into a control value that effects the lens adjustment.
In a preferred embodiment of the device, in a preferred embodiment of the device, the received sound waves can be sent to a control amplifier / memory in two ways to prevent a receiving device taking into account the weather dependence of the speed of sound from being disturbed by the reception of reflected sound waves and the distance setting device from being brought to incorrect lens positions and are fed via this to a trigger circuit, one of which contains means that determine the object distance from the time of arrival of the sound wave, and the other way contains means that determine the amplitude of the sound wave signal. The means of the path determining the distance can be set with the timer (e.g.
Capacitor charging element), which is switched on when the electromagnetic waves arrive and switched off when the sound wave arrives, and they can contain an intermediate storage device (e.g. a field effect transistor) that has the task of maintaining the measured value over the measuring intervals and the Forward the measured variable to the control amplifier / memory. Furthermore, in this embodiment, said means of the signal amplitude fixed path can essentially consist of a transistor switch switched on by the electromagnetic wave, to which the control amplifier / memory is also connected with its input.
The control amplifier / memory can set a response range with a response wave on the trigger, depending on the values entered, corresponding to the object distance and the sound wave amplitude, which only allows signals to be passed on from changes in distance to be expected afterwards, but allows reflected waves to be excluded.
A transmitter that transmits electromagnetic and sound wave impulses at the same time can preferably be used as a transmitter. In this way, with the arrival of the electromagnetic wave pulse, the receiver can be informed that the sound wave pulse is sent out at the same time, and then only the time until the arrival of the latter, e.g. B. converted into a voltage or current variable (z. B. capacitor charging time), the measure for the object distance. No further time needs to be taken into account, as z. B. would be the case if the two wave pulses were transmitted one after the other.
The transmission of pulses can be achieved by sending a common probe at the transmission location or, by means of separate probes, simultaneously sending short electromagnetic and sound wave pulses with interruption times that are a multiple of the pulse duration. If a pulse is transmitted by a common probe, this can advantageously be designed as a magnetostrictive oscillator.
The addition of a transmitter or transmitter to the increasing object does not usually mean any aggravating requirement for the recording (s), since such an electronic device can be small and light and can then be used as an object for film, television and still picture recordings designated contributors can be worn inconspicuously or invisibly. The width range covered by such a transmitter as a rule eliminates the need to keep the object in question in the center of the field of view, as is the case with acquaintances. Rather, the object can wander across the field of view of the recording; automatic lens tracking with great freedom of exposure is therefore possible.
An exemplary embodiment of the device according to the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. The drawings show: FIG. 1 schematically an additional device to be attached to the object on which the focus is to be made, and FIG. 2 shows a block diagram of the necessary components and functional parts in a recording camera, with arrows indicating the direction of action of the signals.
In the device shown, short pulses are sent out by a modulated by a pulse pattern generator IMG Sen deoszillator OSZ, Fig. 1 (duration z. B. 2 msec). These pulses are preferably converted into electromagnetic waves and sound waves by a common probe SEMF + SSF or by two separate probes SEMF and SSF, see dashed illustration. The frequencies of the electromagnetic and sound waves should be the same, just under 10 kHz (this has the advantage that the entire system can be operated in Germany without a permit from the Bundespost, and the absorption of the sound waves at 10 kHz is still relatively low) .
The transmitter emits electromagnetic waves and sound waves in pulse packets at the same time.
The time between the 2 msec pulses should be approx. 50 msec (this will be explained later). If the embodiment with only one probe is chosen, a magnetostrictive transducer comes into question, which has the advantage of being relatively easy to implement since it only consists of a coil with a core and which manages with a lower voltage, which yes in the transmitter, since it will be battery operated, is available.
Due to the high speed of propagation of the electromagnetic wave, it hurries ahead of the sound wave and is - based on the travel times of the sound wave - almost immediately at the camera. Here (Fig. 2) there are two receiving probes. From the EMF probe, which reacts to the electromagnetic field, the pulse packet is directed to a buffer amplifier PV1, which in turn works on a selective amplifier SV, which filters out the transmission frequency. This is then rectified in a rectifier G and used as an input signal for a bistable multivibrator BMV via a trigger circuit TRG.
This process was based on the assumption that output A1 of the bistable multivibrator BMV had previously switched on the buffer amplifier PV1. If the signal now comes to the input of the bistable multivibrator BMV, it performs its function and the buffer amplifier PV2 is switched on via output A2, PV1 is then switched off and a transistor switch TS2 is switched on, so that the output signal of the selective amplifier SV now also on a control amplifier RV / SP. The probe SF for sound waves is therefore connected to the selective amplifier SV via the buffer amplifier PV2. At the same time a timer ZG is started (e.g. capacitor charging). This whole process takes place in a fraction of a msec.
Depending on the distance between the transmitter and the camera, the duration of the sound wave will be approx. 3-35 msec.
If the sound wave reaches the relevant probe SF in this time span, it is amplified in the buffer amplifier PV2, then selected, rectified and fed back to the input of the bistable multivibrator BMV via the trigger circuit TRG (the function of parts TS2, TRG and RV / SP will be explained later). The bistable multivibrator BMV again tips over and switches off the sound field probe SF, so that sound waves that have reached the camera via a reflection from the transmitter can no longer have an effect.
At the same time the timing element ZG is stopped, the transistor switch TS2 is switched off again and a monostable multivibrator MMV is switched on. This switches through a transistor switch TS1 for a short time (less than 1 msec), so that due to the transit time of the sound wave, the information present in the timing element ZG can reach a buffer ZSP. The intermediate memory ZSP forwards its informa tion to the control amplifier / memory RV / SP and to a bridge circuit BS. If the lens, which is driven by a motor M, is not focused on the correct distance, the bridge circuit is detuned, and the motor rotates the lens until the target position is reached.
The respective position of the lens is communicated to the bridge circuit via a potentiometer P, which is adjusted by the motor M synchronously with the lens. As mentioned above, by tilting the multivibrators BMV again, the EMF probe for the electromagnetic field is reconnected to the selective amplifier SV via the buffer amplifier PV1 and is ready to receive the next pulse packet of the electromagnetic wave emitted by the transmitter. This closes the cycle, because the electromagnetic wave that hits it switches the sound field probe SF to the selective amplifier SV and starts the timing element ZG.
After the sound wave arrives, the system switches over to the EMF probe, the timing element ZG is stopped and the newly determined value is communicated to the bridge circuit BS and the control amplifier / memory RV / SP via the intermediate memory ZSP.
Now about the function of the parts TS2, RV and TRG. It is well known that the propagation of sound waves is strongly dependent on the weather, i. H. in unfavorable conditions (e.g. fog), the absorption can be several times that of that under favorable conditions. However, in order to be able to receive the sound wave from the transmitter on the camera with certainty, the buffer amplifier PV and the selective amplifier SV would have to be designed according to the most unfavorable conditions.
This would result in the following functional risk: With favorable environmental conditions, a reflection of a previous impulse could be picked up instead of the sound wave sent last. This would of course lead to an incorrect measurement. This failure of the system should be ruled out as follows: When the first sound wave emitted by the transmitter arrives, it also reaches the control amplifier / memory RV / SP via the transistor switch TS2 (as described above). This module also receives information about the measured distance from the intermediate memory ZSP.
From these two values, namely the amplitude value communicated by the switch TS2 and the determined by the parts ZG and ZSP, from the capacitor voltage at ZG z. B. determined distance value, the control amplifier RV can determine a value that it communicates to the trigger circuit TRG via the memory SP. This value corresponds (taking into account a certain degree of certainty) that voltage value which must be present at the output of the rectifier G, either at the maximum distance (12 m) or at a percentage change in the first measured distance to be determined, i.e. H. the control amplifier sets a threshold for the trigger, which is varied depending on the strength of the sound wave received - including the weather conditions.
In other words, when the sound wave hits the electromagnetic wave, the capacitor charging time in the timing element ZG produces a voltage that is proportional to the distance to the object, which is fed to the bridge circuit BS as well as to the control amplifier RV / SP via the buffer ZSP. The transistor switch TS2, set by the electromagnetic wave in readiness and switched on by the sound wave, tells the control amplifier / memory RV / SP the signal strength of the sound wave. The control amplifier / memory RV / SP sets at the trigger circuit TRG a response leeway with a response threshold for distance changes to be expected that remain within the scope.
Since the time between the pulse packets should now be approx. 50 msec, the sound waves, which have gone through a transit time of 50 msec, must have decreased in their amplitude more than the next pulse, which has covered a maximum of 12 m. The correspondingly adjusted threshold of the trigger TRG lies between these two amplitudes, so that reflected waves cannot exert any influence on the bistable multivibrator BMW and therefore no incorrect measurement is possible. This is a crucial point to guarantee the functional reliability of the entire system.
In addition, reflected waves, which, due to their longer transit times, fall into the effective intermediate times of 50 msec during which no reception takes place, are not taken into account anyway and in this way cannot interfere with the operation of the setting device.
The principle of the system emerges from the explanations above: the camera is synchronized with the transmitter using the electromagnetic wave, i.e. H. this wave gives the camera the information: Now a sound wave is emitted, so that the camera starts measuring the time at this point in time. The rest of the process is a simple runtime measurement. In the system shown here, it seems favorable that the effort required in the Sen is very low, which meets the requirement for small volumes.
Of course, the modules and groups of the system proposed here can be modified. For example, two selective amplifiers could be used, which would eliminate some transistor switches.