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Anordnung zum Feststellen und automatischen Einstellen der Bildschärfe
in einem fotografischen Gerät Die Erfindung betrifft eine Anordnung, die es ermöglicht,
bei einem fotografischen Gerät eine optimale Bildschärfe schnell und genau festzustellen
und automatisch einzustellen.
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Das Scharfeinstellen eines fotografischen Gerätes, wie z. B. eines
Vergrößerungsgerätes oder eines Projektors, mit dem Augz ist ein sehr ungenauer
Vorgang, da ein Beobachter die beste Scharfeinstellung erst nach ihrem Eintritt
feststellen kann Die zum Scharfeinstelle.n üblichen visuellen und manuellen Verfahren
sind daher nur eine Interpolation zwischen den beiden Grenzfällen des visuell erfaßbaren
Einstellpunktes. Eine weitere Ungenauigkeit ergibt sich dann, wenn die spektrale
Empfindlichkeit des Auges nicht mit der der Emulsion des Kopiermaterials übereinstimmt.
Bei schwachem Licht oder kleinen Bildern ist eine visuelle Einstellung außerdem
sehr mühevoll und schwierig.
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Mechanische Vorrichtungen zur selbsttätigen Scharfeinstellung, die
meistens eine Kurvenscheibe als Stellglied enthalten, sind nur bei fotografischen
Geräten anwendbar, bei denen der Abstand zwischen Bildebene und Kopiervorlage verhältnismäßig
niedrig ist. Hinzu kommt, daß diese Vorrichtungen für jedes Objektiv einzeln und
sorgfältig geeicht werden müssen. Ihre Genaui-keit wird durch Abnutzungen, Temperaturschwankungen
und auch dann nachteilig beeinflußt, wenn das Kopiennaterial und/oder die Kopiervorlage
nicht in der vorbestimmten Ebene liegen. Die Genauigkeit mechanischer Vorrichtungen
läßt daher stark zu wünschen übrig.
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Die erfindungsgemäße Anordnung überwindet diese Mängel und sieht elektrische
Mittel vor, die unabhängig von der Sorgfalt und Tüchtigkeit der bedienenden Person
und auch bei ungenauem Einspannen der Kopiervorlage in deren Halterung stets für
einwandfre;e Bildschärfe sorgen.
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Die Anordnuno, enthält an an sich bekannten Mitteln eine Halterung
für die Kopiervorlage, eine in der Richtung des Kopierlichtes verschiebbare Linse
und in der Kopierebene angeordnete Fotozellen. Die Erfindung besteht darin, daß
die Fotozellen eine nichtlineare Charakteristik haben und an auf die Änderung ihrer
Leitfähigkeit ansprechende Schaltungselemente angeschlossen sind.
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Hierzu sieht die Erfindung im einzelnen vor, daß die Fotozellen an
eine Brückenschaltung angeschlossen sind und ein Meßaerät in der Diaeonalen der
Brückenschaltung liegt.
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Bei einer Ausführung liegen die beiden Fotozellen in verschiedenen
zur optischen Achse senkrechten Ebenen, während sie bei einer anderen Ausführung
gemeinsam in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene liegen und ein Diffusor
vor einer der beiden Fotozellen angeordnet ist.
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Zur selbsttätigen Scharfeinstellung sieht die Erfindung einen über
eine Steuerschaltung an die Diagonale der Brückenschaltung angeschlossenen Stellmotor
und einen Zahnstangentrieb vor, über den der Stellmotor zum selbsttätigen Verschieben
der Linse in der einen oder der anderen Richtung zum Erzielen optimaler Schärfe
in der Kopierebene an, diese angekoppelt ist.
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Die Erfindung sieht weiter einen Schalter zum wahlweisen Anschluß
des Meßgerätes oder des Stellmotors an die Diagonale der Brückenschaltung vor. In
der ersten Stellung des Schalters läßt sich die eingestellte Schärfe am Meßgerät
ablesen, während sie in der zweiten Stellung selbsttätig auf den optimalen Wert
gebracht wird.
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Am Beispiel der Ausführungen, die in der Zeichnung dargestellt sind,
wird die Erfindung weiter erläutert. In der Zeichnung ist F i g. 1 eine schematische
Ansicht mit einem Blockschaltbild einer Ausführung, wobei die beiden Fotozellen
in verschiedenen Ebenen liegen, F i g. 2 eine mit dieser Anordnung aufgenommene
Kurve, F i g. 3 schematisch eine Ansicht einer Ausführung mit in der gleichen
Ebene liegenden Fotozellen, F i g. 4 eine mit dieser Anordnung aufgenommene
Kurve,
F i g. 5 schematisch eine der Ausführung nach F i
g. 3 entsprechende Ausführung, die zum Anschluß an ein Wechselstromnetz bestimmt
ist, F i el. 6 eine Meßkurve, die mit einer Anordnung C el mit einer
einzigen Fotozelle aufgenommen wurde, und F i g. 7 eine Kurve, die die Leitfähigkeit
der Fotozellen in Abhängigkeit von der Helligkeit zeigt.
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F i g. 1. zeigt die Lichtquelle 10. Hierbei kann es
sich auch um den abzubildenden Ge-enstand selbst handeln, z. B. einen Stern. Zur
Aufnahmeeines Negativs als Kopiervorlage dient die Halterung 12. Auf einer Unterlage
14 liegt das Kopiermaterial 16. Die Linse 18 wird in einer Fassung
20 gehalten, die ihrerseits an einem Bügel 22 angebracht ist. Eine Zahnstange 24
läßt sich in einer zur Bildebene senkrecht stehenden Richtung durch das Ritzel
26 verschieben. Das Ritzel 26 sitzt auf einer Welle 28, die
von dem Stellmotor 30 oder von Hand mit einem Knopf 32 in beiden Richtungen
drehbar ist. Im Gebiet der Unterlage 14 liegen zwei Fotozellen 34 und
36. Sie sind an eine Wheatstonesche Brücke angeschlossen, die die Widerstände
38 und 40 enthält. Die Brücke wird von der Batterie 42 gespeist. Zwei Leitungen
44 und 46 führen von der Brücke zu einer Steuerschaltung 48.
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An die Steuerschaltung 48 sind zwei Leitungen 50
und
52 angeschlossen. Die Leitung 50 führt zu einem Meßgerät 54 und zum
Stellmotor 30. Die Leitung 52
ist an den Schaltarm 56 eines
Wählschalters angeschlossen, dessen Anschluß 58 den Stromkreis zum Meßgerät
54 und dessen Anschluß 60 den Stromkreis zum Stellmotor 30 schließt.
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Im folgenden wird die Wirkungsweise der Anordnung beschrieben. Die
Beschreibung bezieht sich auf die in F i g. 1 gezeigte Ausführung und die
in F i g. 2 dargestellte Kurve.
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Bei über den Anschluß 58 und den Schaltarm 56
angeschlossenem
Meßgerät54 läßt sich diese Kurve aufnehmen. über der Abszisse ist die Lage der Brennebene
oder die Ebene der Scharfeinstellung und über der Ordinate ist die jeweilige Bildschärfe
oder Abweichung von der optimalen Bildschärfe aufgetragen, wie sie in Volt vom Meßgerät
54 angezeigt wird. Zustand A liegt vor, wenn das Bild auf eine oberhalb von
den Fotozellen 34 und 36 liegende Ebene scharf eingestellt ist. Zustand B
liegt vor, wenn das Bild auf die Fotozelle 34 scharf eingestellt ist; Zustand
C liegt vor, wenn das Bild auf eine zwischen den Fotozellen 34 und
36 liegende Ebene scharf eingestellt ist; Zustand D liegt vor, wenn das Bild
auf die Fotozelle 36
scharf eingestellt ist und Zustand E liegt vor,
wenn das Bild auf eine unter den beiden Fotozellen 34, 36
lie-ende Ebene scharf
ein-estellt ist. Somit zeigt die C ZD Anordnung nicht nur, wann das Bild
scharf eingestellt ist, sondern zeigt auch, in welcher Richtung die Linse
18 verstellt werden muß, um zu einer Scharfeinstellung zu gelangen.
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Mit dem in F i g. 1 gezeigten Gerät läßt sich die Schärfe
selbsttätig einstellen, indem der Schaltarrn 56
auf den Anschluß
60 gelegt wird, so daß der Stellmotor 30 die Zahnstanae 24 antreibt
und damit die Linse 18 zum Erzielen der gewünschten Scharfeinstel-Juna in
der einen oder anderen Richtung bewegt. Bei Verwendung C des Meßgerätes 54 zur Handeinstellung
wird die Linse 18 mit dem Knopf 32 von Hand verschoben. Es bleibt
sich gleich, ob man zum Scharfeinstellen die Kopiervorlage, die lichtempfindliche
Schicht oder die Linse verschiebt. Die Elemente 34 und 36 sind ganz allgemein
»Fotozellen« genannt worden. Es ist wichtig, daß sie gegenüber der Wellenlänge des
verwendeten Lichtes eine logar;thrnische Empfindlichkeit aufweisen. Die aus Kadmiumsulfid
bestehenden sogenannten Fotozellen und Fotowiderstände eignen sich besonders gut.
Jeder Punkt der Oberfläche der Fotozellen ist lichtempfindlich, so daß die an beiden
Fotozellen zur Verfügung stehende Energie proportional der Summe der logarithmischen
Empfindlichkeiten jedes Oberflächenpunktes ist. Der Widerstand der das scharfe Bild
aufnehmenden Fotozelle wird durch die folgende Gleichung festgelegt: R"j,f
= log a + log b -,- log c -r:- log
d -i- log n,
und ist proportional der Summe der Logorithmen
von Lichtstrahlen, die auf willkürlich mit a, b, c, d und n
bezeichnete Punkte der Oberfläche der Fotozelle auftreffen.
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Bei gestreutem Licht jedoch tragen alle Punkte in dem Lichtstrahl
zur Lichtaufnahine an der Oberfläche der Fotozelle bei. Der Widerstand der Fotozelle
berechnet sich dann wie folgt: Rdiff", = log (a + b
-#- c +- d + n).
und stellt den Logarithmus der Summe
der Lichtstrahlen dar, die auf die entsprechenden Punkte auf der Oberfläche der
Fotozelle auftreffen.
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Da die durch diese beiden Gleichungen ausgedrückten Werte mathematisch
nicht gleich sind, läßt sich ihre Differenz zur Anzeige der Abweichung von der Scharfeinstellung
des Bildes oder zur Bildung von Steuersignalen verwenden.
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Auch beim Zusammenstellen von anderen Gleichungspaaren ergibt sich
bei Verwendung von Elementen mit nichtlinearer Empfindlichkeit eine Differenz. Haben
die Fotozellen jedoch eine lineare Ab-
hängigkeit, ergibt sich keine Differenz.
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Ähnliche Verhältnisse liegen bei der in F i g. 3 dargestellten
Ausführung vor, bei der die aktive Oberfläche der beiden Fotozellen 34 und
36 in der Ebene des Kopiermaterials 16 liegt, die Fotozelle
36 an der Aufnahme eines scharfen Bildes jedoch durch Vorschalten einer Diffusion
gehindert wird. Bei dieser Ausführung, zu der die zugehörige Kurve in F i
g. 4 dargestellt ist, wird die Differenz der Leitfähigkeit der beiden Fotozellen
34 und 36 im Vergleich zu dem Zustand, wenn das Bild auf keine Fotozelle
scharf eingestellt ist und die Differenz Null ist, dann zu einem Maximum, wenn die
eine Fotozelle ein scharfes Bild und die andere Fotozelle ein diffuses Bild aufnimmt.
Die ausgezogene Kurve in F i g. 4 zeigt die Differenz ohne Verstärkung, während
die gestrielizIte Kurve das Ergebnis bei Verstärkung darstellt.
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Bei der Ausführung nach F i g. 5 werden statt der Batterie
42 eine Wechselstromquelle 62 und ein Gleichrichter 64 verwendet.
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Die Erfinduna, läßt sich auch mit einer einzigen Fotozelle mit nichtlinearer
Empfindlichkeit anwenden, da ein unscharfes Bild gleich einem diff usen Bild ist,
sofern die durch die genannten Gleichungen aus-"edrückten cl Verhältnisse eingehalten
werden. F i g. 6
zeict, daß sich bei Verschiebung der Linse 18 gegenüber
der Ebene des Kopiermaterials 16 die Leitfähigkeit der Fotozelle ändert.
wenn das Bild durch die Scharfeinstellung durchwandert und dies ausreicht, an dem
Meßgerät 54 zu der Auslenkung 66 zu führen.
Eine solche Auslenkung
stellt eine Veränderung des Leitwertes von etwa 10#l/o dar.
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Da eine solche Änderung eines großen Wertes nicht so erwünscht ist
wie eine größere Änderung in Form einer Anzeige auf dem Meßgerät und da Schwankunt'
eren in der Lichtstärke mit Änderungen der Scharfeinstellung verwechselt werden
können, wird die Anwendunc, von zwei Fotozellen im allgemeinen bevorzuolt.
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F i g. 7 zeigt die Arbeitskurve einer hier verwendeten Fotozelle.
Die Ordinate ist in Einheiten der Leitf ähigkeit der Fotozelle geeicht, während
auf der Abszisse die Helligkeit des Bildes an der aktiven Fläche der Fotozelle aufgetragen
wird. Diese Figur erläutert grafisch den Unterschied zwischen den beiden vorstehend
genannten Gleichungen.
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Zwei Bilder werden durch die Punkte 68 und 70
dargestellt,
die ein scharf eingestelltes Bild oder ein Bild mit großem Kontrast bedeuten, während
die Punkte 72 und 74 ein defokussiertes, unscharfes Bild bzw. ein Bild mit
niedrigem Kontrast darstellen. Es sei angenommen, daß die Summe der Werte an den
Punkten 68 und 70 der Summe der Werte an den Punkten 72 und
74 gleich ist, was bedeutet, daß beide Bilder die gleiche Durchschnittshelligkeit
haben. In F i g. 7 wird jeder dieser Punkte senkrecht projiziert, bis er
die Kurve 76 schneidet, und diese Schnittpunkte werden mit der Ordinate verbunden.
Die dem Punkt 68 entsprechende Stelle ist auf der Ordinate mit
78 und die dem Punkt 70 entsprechende Stelle ist mit 80 bezeichnet.
Die dem Punkt 72 entsprechende Stelle ist mit 82 und die dem Punkt74
entsprechende Stelle ist mit 84 bezeichnet. Man erkennt, daß die Punkte
82 und 84 in der Summe einen höheren Wert als die Punkte 78 und
80 ergeben. Dies liegt daran, daß die Kurve 76 nichtlinear ist.
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Auch andere nichtlineare Kurven, sowohl nach oben als auch nach unten
konkave Kurven, können zum Erzielen des gewünschten Effektes verwendet werden.
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Da sich ein scharf eingestelltes Bild von einem unscharfen durch den
Kontrastunterschied oder das Helligkeitsverhältnis zwischen zwei benachbarten Punkten
unterscheidet, eignet sich die Erfindung auch zum Unterscheiden zwischen Bildern
mit hohem und niedrigem Kontrast oder zwischen einem scharfen und einem unscharfen
Bild. Da das Meßgerät 54 eine quantitative Anzeige ergibt, läßt sich die Erfindung
zum Messen des Kontrastes eines Bildes und zum Messen von, dessen Schärfe verwenden
und ist nicht auf die bloße Feststellung der Schärfe bzw. Unschärfe beschränkt.
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Die Erfindung ist anwendbar beim Scharfeinstellen Lind Eichen von
Vergrößerungsgeräten und Kameras mit selbsttätiger Scharfeinstellung, zur Anzeige
von Abweichungen aus der Parallellage zwischen Kopiervorlage und Kopiermaterial,
zur Linsenüberprüfung beim Messen der Bildfeldkrümmung usw. Zusammen mit infrarotempfindlichen
Elementen läßt sich die Erfindung zum überprüfen von zur Infrarotfotografie bestimmten
Objektiven und Kameras verwenden.
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Ebenso ist die Erfindung anwendbar bei der überprüfung von Objektiven
und Kameras, die zur Fotografie mit ultraviolettem Licht bestimmt sind.
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Erfindungsgemäß ausgebildete Geräte sind äußerst empfindlich und ergeben
bereits bei einem leichten Fingerdruck auf das Objektiv eine Anzeige mit vollem
Skalenausschlag bei einer Änderung des Ab-
standes der Kopiervorlage, die
lediglich Bruchteile eines Millimeters beträgt.
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Bei konstantem Druck ändert sich die Anzeige nicht. Dies bedeutet
eine konstante Änderung des Abstandes zwischen Kopiervorlage und Objektiv. Das Anzeigegerät
spricht auch auf Einschwingvorgänge an. Auf Grund der natürlichen Zeitverzögerung
der Fotozelle wird eine solche Schwingung des Objektivs integriert und hat die gleiche
Auswirkung wie ein unscharf eingestelltes Bild, so daß die Nadel des Anzeigegerätes
aus der Maximalablenkung des statischen Zustandes zurückwandert. Die vorliegende
Erfindung läßt sich daher zum Feststellen einer Bildbewegung anwenden, da dies zur
Bildung eines unscharfen Bildes führt. Da die Anzeige des Anzeigegerätes quantitativ
ist, läßt sich die Größe der Bewegung noch zusätzlich zu deren bloßer Feststellung
ermitteln.
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Mit der vorliegenden Erfindung läßt sich auch das Zusammenfallen von
zwei ähnlichen Bildern feststellen, die auf eine Fotozelle projiziert werden. Eine
Möglichkeit zum Erzeugen von solchen ähnlichen Bildern liegt darin, einen lichtundurchlässigen
Streifen auf den Durchmesser eines Objektivs zu legen, so daß bei unscharfer Einstellung
zwei Bilder auf der Fotozelle erscheinen. Bei Scharfeinstellung fallen die beiden
Bilder aufeinander und erzeugen höchsten Kontrast und damit größte Auslenkung des
Anzeigegerätes. Werden zwei getrennte Projektionsvorrichtungen mit eigenen Objektiven
und lichtdurchlässigen Kopiervorlagen verwendet, werden die beiden lichtdurchlässigen
Kopiervorlagen auf die gleiche Ebene projiziert, und das Aufeinanderfallen der beiden
Bilder läßt sich erfindungsgemäß sofort und genau feststellen.
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Zwei Fotozellen lassen sich auch so anordnen, daß sie auf identische
Stellen des gleichen Bildes ansprechen, wenn man einen Strahlzerteiler verwendet
oder die beiden Fotozellen derart anordnet, daß die obere Fotozelle nur einen Teil
der Strahlung aufnimmt und einen Teil an die darunterliegende Fotozelle weitergibt.
Solche Anordnungen machen es möglich, Bilder von Kopiervorlagen jeder Art zu verwenden,
und man ist nicht auf Bilder mit entsprechenden Mustern beschränkt.