DE1231445B

DE1231445B - Device for the electro-optical determination of the distance between an object and a slit diaphragm

Info

Publication number: DE1231445B
Application number: DEN24843A
Authority: DE
Inventors: Leonard Leszek Kossakowski; Wilhelmus Bernardus Rosink
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1963-04-26
Filing date: 1964-04-22
Publication date: 1966-12-29

Description

Vorrichtung zur elektrooptischen Bestimmung des Abstandes eines Objektes von einer Spaltblende Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, beispielsweise ein automatisches Scharfeinstellsystem in einer Kamera, zur elektrooptischen Bestimmung des Abstandes eines Objektes von einer Spaltblende.Device for the electro-optical determination of the distance to an object from a slit diaphragm The invention relates to a device, for example a automatic focusing system in a camera, for electro-optical determination the distance of an object from a slit diaphragm.

In einer aus der USA.-Patentschrift 2 618 209 bekannten Vorrichtung, bei welcher ein Objekt durch ein optisches Linsensystem auf einer empfindlichen Platte abgebildet wird, wird dieses Objekt mittels eines über eine Rolle aufwickelbaren Drahtes in einem einstellbaren Abstand von der in einer Kamera untergebrachten empfindlichen Platte gehalten. Die Rolle an sich ist über ein Schneckenradgetriebe mit dem Läufer eines regelbaren Widerstandes in einem Brückenzweig gekoppelt. Wird der Abstand des Objektes von der Platte geändert, so dreht sich die Rolle und bewegt sich folglich der Läufer des einstellbaren Widerstandes. Die ursprünglich im Gleichgewicht befindliche Brücke ist dann außer Gleichgewicht. Durch Verdrehung des Läufers eines einstellbaren Widerstandes in einem anderen Brückenzweig wird die Brücke wieder ins Gleichgewicht gebracht. Der Läufer des letzteren Widerstandes ist an einer Achse befestigt, die eine Scheibe besitzt, deren Umfang in ein mit dem Linsensystem gekuppeltes Schneckenrad eingreift. Ist die Brücke wieder im Gleichgewicht, so ist auch bereits durch passende Wahl des Verhältnisses zwischen den Brückenwiderständen die Änderung des Abstandes des Objektes und die damit zusammenhängende Änderung der Stelle des Linsensystems derart, daß das Objekt wieder scharf auf der Platte abgebildet wird.In a device known from US Pat. No. 2,618,209, in which an object through an optical lens system on a sensitive Plate is imaged, this object can be wound up by means of a roller Wire at an adjustable distance from the sensitive one housed in a camera Plate held. The role itself is connected to the runner via a worm gear an adjustable resistor coupled in a bridge branch. Will the distance of the object changed from the platen, the roller rotates and consequently moves the runner of the adjustable resistance. The one originally in equilibrium The bridge is then out of balance. By turning the runner of an adjustable Resistance in another branch of the bridge will bring the bridge back into balance brought. The runner of the latter resistor is attached to an axis that has a disk whose circumference is in a worm wheel coupled to the lens system intervenes. If the bridge is in balance again, it is already through suitable Choice of the ratio between the bridge resistances the change in the distance of the object and the associated change in the position of the lens system in such a way that the object is again imaged in focus on the plate.

Die bekannte Vorrichtung hat einige Nachteile. An erster Stelle ist eine mechanische Verbindung zwischen Objekt und Platte notwendig. An zweiter Stelle müssen die Brückenwiderstände Werte haben, deren Verhältnis mit der Brennweite des Linsensystems, dem Objektabstand und dem Bildabstand zusammenhängt.The known device has some disadvantages. In the first place is a mechanical connection between the object and the plate is necessary. On second place the bridge resistances must have values, the ratio of which corresponds to the focal length of the Lens system, the object distance and the image distance related.

Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beseitigen. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Widerstandsbrückenanordnungen, die beide jeweils einen Brückenzweig aus zwei hintereinanderliegenden Fotowiderständen aufweisen, elektrisch so miteinander verbunden sind, daß der Ausgang der ersten Brückenanordnung gleichzeitig den Eingang der zweiten Brückenanordnung darstellt, daß die Fotowiderstände der ersten Brückenanordnung den vom Objekt kommenden Strahlen außerhalb der Wirkungszone der Spaltblende zugeordnet und die Fotowiderstände der zweiten Brückenanordnung in vorbestimmtem Abstand in der Wirkungszone hinter der Spaltblende angeordnet sind, und daß die beiden fotoelektrischen Widerstände der beiden Brückenanordnungen jeweils symmetrisch zur optischen Achse in einem mindestens der Spaltbreite entsprechenden Abstand voneinander angeordnet sind.The invention aims to eliminate these disadvantages. She is through it characterized in that two resistor bridge assemblies, each one each Have a bridge branch made up of two photoresistors lying one behind the other, electrically are interconnected so that the output of the first bridge arrangement is simultaneous represents the input of the second bridge arrangement that the photoresistors of the first bridge arrangement the rays coming from the object outside the effective zone assigned to the slit diaphragm and the photoresistors of the second bridge arrangement are arranged at a predetermined distance in the effective zone behind the slit diaphragm, and that the two photoelectric resistors of the two bridge arrangements respectively symmetrical to the optical axis in a width that corresponds at least to the width of the gap Are spaced from each other.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung liegt die an die erste Brückenanordnung angeschlossene Speisespannung über der Reihenschaltung der Fotowiderstände dieser Brückenanordnung und die Ausgangsspannung dieser Brückenanordnung über der Reihenschaltung der Fotowiderstände der zweiten Brückenanordnung.According to a further feature of the invention, it is related to the first Bridge arrangement connected supply voltage across the series connection of the photo resistors this bridge arrangement and the output voltage of this bridge arrangement over the Series connection of the photoresistors of the second bridge arrangement.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert, in der F i g. 1 eine in einer Vorrichtung nach der Erfindung untergebrachte Schaltungsanordnung, F i g. 2 schematisch die räumliche Anordnung der Schaltung nach F i g. 1, F i g. 3 die von einem Objekt ausgehenden Lichtstrahlen in drei Fällen, F i g. 4 schematisch eine Kamera mit einer Schaltungsanordnung nach F i g.1 und F i g. 5 eine Abart der Anordnung nach F i g. 2 zeigen.The invention is explained with reference to the drawing, in which FIG. 1 a circuit arrangement accommodated in a device according to the invention, F i g. 2 schematically shows the spatial arrangement of the circuit according to FIG. 1, Fig. 3 the light rays emanating from an object in three cases, FIG. 4 schematically a camera with a circuit arrangement according to FIG. 1 and FIG. 5 a variant of the Arrangement according to FIG. 2 show.

In den F i g. 1 und 2 bezeichnen 3 und 4, 7 und 8 zwei Paare von Fotowiderständen. Jedes Paar ist in eine Wheatstone'sche Brücke gemeinsam mit zwei festen Widerständen 5, 6 bzw. 9, 10 aufgenommen. Eine Gleichspannung wird zwischen den Klemmen 1 und 2 gelegt. Werden die Fotowiderstände 3 und 4 durch das in F i g. 2 von links eintreffende, durch Pfeile angedeutete Licht ungleichmäßig belichtet, so entsteht am Ausgang der Brücke I eine Spannung, deren Polarität bei bestimmter Polarität der zwischen den Klemmen 1 und 2 vorherrschenden Spannung bei Gleichheit der Widerstände 5 und 6 durch den Unterschied der Leitfähigkeit der Fotowiderstände 3 und 4 bedingt wird. Die Brücken I und II sind in Kaskade geschaltet, d. h. die Ausgangsspannung der Brücke I dient als Speisespannung für die Brücke II, welche die Fotowiderstände 7 und 8 enthält. Es wird einleuchten, daß an den Klemmen 11 und 12 nur dann eine Spannung vorherrscht, wenn bei Gleichheit der Widerstände 9 und 10 die Fotowiderstände 7 und 8 ungleichmäßig belichtet werden. Die Fotowiderstände 3 und 4 sind ganz nahe einem engen Spalt 19 auf je einer Seite desselben angeordnet, der auf die Fotowiderstände 7 und 8 fallendes Licht durchläßt.In the F i g. 1 and 2 denote 3 and 4, 7 and 8 two pairs of photo resistors. Each pair is in a Wheatstone bridge together with two fixed resistors 5, 6 and 9, 10 added. A DC voltage is applied between the Terminals 1 and 2 placed. If the photoresistors 3 and 4 by the in F i g. 2 light arriving from the left, indicated by arrows, is unevenly exposed, this creates a voltage at the output of bridge I, the polarity of which is at a certain level Polarity of the voltage between terminals 1 and 2 in the event of equality of resistors 5 and 6 by the difference in conductivity of the photoresistors 3 and 4 is conditional. The bridges I and II are connected in cascade, i. H. the The output voltage of the bridge I serves as the supply voltage for the bridge II, which the photo resistors 7 and 8 contains. It will be evident that terminals 11 and 12 a voltage only prevails if, when the resistances 9 and 10 the photoresistors 7 and 8 are exposed unevenly. The photoresistors 3 and 4 are arranged very close to a narrow gap 19 on each side of the same, which transmits light falling on the photo resistors 7 and 8.

F i g. 3 zeigt den Verlauf der Strahlen von einem Objekt 20, wobei das durch eine positive Linse 21 erzeugte Bild 22 dieser Strahlen gegenüber dem Spalt 19 in drei verschiedenen Lagen veranschaulicht ist: in F i g. 3 a deckt sich das Bild 22 mit dem Spalt 19; in F i g. 2b liegt das Bild vor und in F i g. 3 c hinter dem Spalt.F i g. 3 shows the path of the rays from an object 20, wherein the image 22 of these rays produced by a positive lens 21 compared to the Gap 19 is illustrated in three different positions: in F i g. 3 a coincides the image 22 with the gap 19; in Fig. The picture is in front of 2b and in FIG. 3 c behind the gap.

Nach F i g. 3 a kann der Teil des von der Linse 21 von dem Objekt 20 erzeugten Bildes 22, der in dem engen Spalt 19 liegt, als eine punktförmige Quelle betrachtet werden. Die von dieser punktförmigen Quelle ausgesandten Lichtstrahlen treffen die Fotowiderstände 7 und 8 auf gleiche Weise. Diese Widerstände haben somit den gleichen Wert, wodurch unabhängig von den die Fotowiderstände 3 und 4 treffenden Lichtmengen die Spannung zwischen den Klemmen 11 und 12 Null ist.According to FIG. 3a, the part of the image 22 generated by the lens 21 of the object 20 , which lies in the narrow gap 19, can be viewed as a point source. The light rays emitted by this point source hit the photoresistors 7 and 8 in the same way. These resistors thus have the same value, as a result of which the voltage between the terminals 11 and 12 is zero regardless of the amount of light striking the photoresistors 3 and 4.

Nach F ig. 3 b trifft ein Teil der durch den Punkt P (des Bildes 22) gehenden Lichtstrahlen entweder den Fotowiderstand 3 oder den Fotowiderstand B. Dies gilt für alle Punkte im Bild 22, das über der Achse 00' liegt. Auf ähnliche Weise trifft ein Teil der aus dem Punkt P' stammenden Lichtstrahlen entweder den Fotowiderstand 4 oder den Fotowiderstand 7. Es wird vorausgesetzt, daß die Lichtmenge von P bzw. von dem Teil des Bildes 22 über der Achse 00' größer ist als die von P' bzw. von dem Teil des Bildes 22 unter der Achse 00'. Der Fotowiderstand 3 bzw. 8 empfängt dann mehr Licht als der Fotowiderstand 4 bzw. 7, so daß der Wert des Fotowiderstandes 3 kleiner ist als der des Fotowiderstandes 4 und der des Fotowiderstandes 8 kleiner ist als der des Fotowiderstandes 7. Aus F i g.1 ergibt sich, daß die Polarität der zwischen den Klemmen 11 und 12 auftretenden Spannung gleich der der Spannung zwischen den Klemmen 1 und 2 ist, was bedeutet, daß, wenn das Potential der Klemme 1 positiv gegen das Potential der Klemme 2 ist, auch das Potential der Klemme 11 positiv gegen das Potential der Klemme 12 ist.According to Fig. 3 b meets part of the through point P (of Fig. 22) passing light rays either the photo resistor 3 or the photo resistor B. This applies to all points in Figure 22, which is above the axis 00 '. On similar ones Some of the light rays originating from point P 'either hit the Photo resistor 4 or photo resistor 7. It is assumed that the amount of light of P or of the part of the image 22 above the axis 00 'is greater than that of P 'or from the part of the image 22 below the axis 00'. The photo resistor 3 resp. 8 then receives more light than the photoresistor 4 or 7, so that the value of the Photo resistor 3 is smaller than that of the photo resistor 4 and that of the photo resistor 8 is smaller than that of the photoresistor 7. From F i g.1 it follows that the polarity the voltage occurring between terminals 11 and 12 is equal to that of the voltage between terminals 1 and 2, which means that when the potential of the terminal 1 is positive against the potential of terminal 2, also the potential of terminal 11 is positive with respect to the potential of terminal 12.

Ändert sich die Helligkeit des Objektes 20 derart, daß aus dem Punkt P' mehr Licht als aus dem Punkt P stammt, so wird der Wert des Fotowiderstandes 3 größer als der des Fotowiderstandes 4 und der des Fotowiderstandes 8 größer als der des Fotowiderstandes 7. Aus F i g. 1 ergibt es sich wieder, daß diese Helligkeitsänderung keinen Einfluß auf die Polarität der zwischen den Klemmen 11 und 12 erzeugten Spannung hat. Dank der erfindungsgemäß gewälAten Kombination von zwei Brücken ist die Polarität der Ausgangsspannung unabhängig von Lichtschwankungen des Objektes.The brightness of the object 20 changes in such a way that from the point P 'more light than comes from point P, so becomes the value of the photo resistor 3 greater than that of the photo resistor 4 and that of the photo resistor 8 greater than that of the photoresistor 7. From FIG. 1 it results again that this change in brightness does not affect the polarity of the voltage generated between terminals 11 and 12 Has. Thanks to the combination of two bridges chosen according to the invention, the polarity is the output voltage regardless of light fluctuations in the object.

Nach F i g. 3 c liegt das bis zur Größe QQ' reduzierte Bild 22 hinter dem Spalt 19. Die zur Bildung des Punktes P beitragenden Lichtstrahlen sind teilweise durch den Fotowiderstand 3 abgefangen. Die nicht abgefangenen Lichtstrahlen treffen den Fotowiderstand 7. Auf ähnliche Weise wird ein Teil der Lichtstrahlen, der zum Punkt P' des Bildes 22 beitragen kann, durch den Fotowiderstand 4 abgefangen und die nicht abgefangenen Lichtstrahlen werden den Fotowiderstand 8 treffen. Ist die zur Bildung von P beitragende Lichtmenge wieder größer als die zur Bildung von P' beitragende Lichtmenge, so ist der Wert des Fotowiderstandes 3 bzw. 7 kleiner als der des Fotowiderstandes 4 bzw. B. Aus F i g. 1 läßt sich leicht ableiten, daß die Polarität der zwischen den Klemmen 11 und 12 auftretenden Spannung der der Spannung zwischen den Klemmen 1 und 2 entgegengesetzt ist, was bedeutet, daß, wenn das Potential der Klemme 1 wieder positiv gegen das der Klemme 2 ist, das Potential der Klemme 11 negativ gegen das der Klemme 12 ist. Auch in diesem Fall wird dieses negative Potential beibehalten, wenn die Helfigkeit des Objektes 20 sich ändert: die Polarität der Ausgangsspannung ist wieder unabhängig von den Lichtschwankungen des Objektes.According to FIG. 3 c is behind the image 22, which has been reduced to size QQ ' the gap 19. The light rays contributing to the formation of the point P are partial intercepted by the photo resistor 3. Hit the light rays that are not intercepted the photoresistor 7. In a similar way, part of the light rays going to the Point P 'of the image 22 can contribute, intercepted by the photoresistor 4 and the light rays that are not intercepted will hit the photoresistor 8. Is the The amount of light contributing to the formation of P is again greater than that of the formation of P ' contributing amount of light, the value of the photo resistor 3 or 7 is less than that of the photoresistor 4 or B. From F i g. 1 it can be easily deduced that the Polarity of the voltage occurring between terminals 11 and 12 that of the voltage between terminals 1 and 2 is opposite, which means that when the potential of terminal 1 is again positive compared to that of terminal 2, the potential of the terminal 11 is negative compared to that of terminal 12. In this case, too, this becomes negative Maintain potential when the helplessness of the object 20 changes: the polarity the output voltage is again independent of the light fluctuations of the object.

Aus vorstehendem folgt, daß die Ausgangsspannung der Reihenschaltung der zwei Brücken lediglich von der Stelle des Spaltes 19 gegenüber dem Objekt abhängt. Bei Verschiebung des Spaltes oder (was auf das gleiche hinausgeht) bei Verschiebung des Objektes ändert sich die Ausgangsspannung kontinuierlich von einem positiven Wert nach einem negativen Wert oder umgekehrt.From the above it follows that the output voltage of the series circuit the two bridges only depends on the location of the gap 19 relative to the object. When shifting the gap or (which is the same thing) when shifting of the object, the output voltage changes continuously from a positive one Value after a negative value or vice versa.

Diese Eigenschaft der Vorrichtung nach der Erfindung kann dadurch benutzt werden, daß die Schaltungsanordnung derart in einer Kamera untergebracht wird, daß eine Ausgangsspannung Null der Kaskadenschaltung einem scharfen Bild auf dem Fotofilm oder der Fotoplatte entspricht.This property of the device according to the invention can thereby be used that the circuit arrangement is housed in a camera that a zero output voltage of the cascade circuit will result in a sharp picture corresponds to the photo film or photo plate.

F i g. 4 zeigt ein vereinfachtes Schaubild einer solchen Kamera. Durch die Linse 41 einfallendes Licht erreicht zum größten Teil den lichtempfindlichen Film 42. Mittels des Prismas 44 erreicht ein Teil des Lichtes den Sucher 43 und ein anderer Teil trifft die fotoempfindlichen Widerstände 3 und 4 bzw. 7 und B. Diese Widerstände sind in einem Brückensystem nach F i g. 1 untergebracht. Die Ausgangsspannung des Brückensystems wird gegebenenfalls nach Verstärkung einem Motor 45 zugeführt. Ein auf der Motorachse angebrachtes Ritzel 46 greift in eine Zahnbahn 47 ein, welche die Linse 41 haltert, die selbsttätig in die richtige Lage gegenüber der empfindlichen Schicht 42 gelangt.F i g. 4 shows a simplified diagram of such a camera. By the lens 41 incident light reaches for the most part the photosensitive Film 42. By means of the prism 44, part of the light reaches the viewfinder 43 and another part meets the photosensitive resistors 3 and 4 or 7 and B. These resistances are in a bridge system according to FIG. 1 housed. The output voltage of the bridge system is fed to a motor 45 after reinforcement, if necessary. A pinion 46 mounted on the motor axis engages in a toothed path 47, which the lens 41 holds the automatically in the correct position with respect to the sensitive Layer 42 arrives.

Es ist selbstverständlich, daß die Ausgangsspannung des Brückensystems auch auf andere Weise übertragen werden kann und zwar in der Weise, daß die Linse 41 diskontinuierlich verschiebbar ist.It goes without saying that the output voltage of the bridge system can also be transferred in other ways, namely in such a way that the lens 41 is discontinuously displaceable.

Es könnte auch eine halbautomatische Einstellung bewerkstelligt werden, indem die Linse von Hand derart bewegt wird, daß die Ausgangsspannung Null ist, in welchem Augenblick ein Verschluß freigegeben wird. Der dazu erforderliche Mechanismus kann gleichzeitig zum Spannen der Verschlußfeder dienen. Bei kontrastarmen Objekten ist es oft erwünscht, das Brückensystem quer zur optischen Achse geringe Hin- und Herbewegungen vollführen zu lassen, so daß scharf auf einen kontrastreicheren Objekt ganz nahe dem verlangten Objekt eingestellt werden kann. Es liegt auch die Möglichkeit vor, entweder auf Links-Rechts-Kontrast oder auch auf Oben-Unten-Kontrast einzustellen, indem die das Brückensystem enthaltende Vorrichtung um ihre optische Achse drehbar ausgebildet wird.A semi-automatic setting could also be achieved, by moving the lens by hand in such a way that the output voltage is zero, at what moment a shutter is released. The mechanism required to do this can also serve to tension the locking spring. With low contrast Objects, it is often desirable to keep the bridge system transverse to the optical axis small To make back and forth movements, so that sharp on a contrasting one Object can be set very close to the requested object. It is also the one Possibility of using either left-right contrast or top-bottom contrast set by the device containing the bridge system to its optical Axis is designed to be rotatable.

F i g. 5 zeigt eine räumliche Anordnung der fotoempfindlichen Widerstände 3 und 4, abweichend von der nach F i g. 4. Auf beiden Seiten des Spaltes 19 befinden sich Mattglasstücke 30 und 31. Das durch diese Mattglasscheiben fallende Licht wird diffundiert und trifft die Fotowiderstände 3 und 4. Das durch den Spalt 19 fallende Licht kann lediglich die Fotowiderstände 7 und 8 treffen. Lichtabsorbierende Schirme 35 und 36 führen die Trennung zwischen dem durch das Mattglas fallenden Licht und dem durch den Spalt 19 fallenden Licht herbei. Die Kombination des Mattglases 30, des fotoempfindlichen Widerstandes 4 bzw. Mattglases 31 und des Fotowiderstandes 3 spricht auf gleiche Weise auf die Lichtstrahlen an wie der fotoempfindliche Widerstand 4 bzw. 3 in der Anordnung nach F i g. 2. Die zu F i g. 3 gemachten Bemerkungen gelten auch für die Anordnung nach F i g. 5.F i g. 5 shows a spatial arrangement of the photosensitive resistors 3 and 4, different from the one according to FIG. 4. Located on both sides of the gap 19 frosted glass pieces 30 and 31. The light falling through these frosted glass panes becomes diffuses and meets the photoresistors 3 and 4. The one falling through the gap 19 Light can only hit the photo resistors 7 and 8. Light absorbing screens 35 and 36 lead the separation between the light falling through the frosted glass and the light falling through the gap 19. The combination of frosted glass 30, the photosensitive resistor 4 or frosted glass 31 and the photo resistor 3 responds to the light rays in the same way as the photosensitive resistor 4 and 3 in the arrangement according to FIG. 2. The to F i g. 3 remarks apply also for the arrangement according to FIG. 5.

Es ist selbstverständlich, daß die Vorrichtung nach der Erfindung nicht nur in Kamera des besseren Typs sondern auch für alle Zwecke benutzt werden kann, bei denen eine genaue Abstandsbestimmung erwünscht ist.It goes without saying that the device according to the invention not only used in cameras of the better type but also for all purposes where an exact distance determination is desired.

Claims

Claims: 1. Device, for example an automatic focusing system in a camera, for the electro-optical determination of the distance of an object from a slit diaphragm, characterized in that two resistor bridge arrangements (I, II), each of which has a bridge arm made of two photoresistors one behind the other (3, 4; 7, 8) are electrically connected to one another so that the output the first bridge arrangement (I) at the same time the input of the second bridge arrangement (II) represents that the photoresistors (3, 4) of the first bridge arrangement from the Object coming rays assigned outside the zone of action of the slit diaphragm (19) and the photoresistors (7, 8) of the second bridge arrangement (II) in a predetermined one Distance in the zone of action behind the slit diaphragm (19) are arranged, and that the two photoelectric resistors of the two bridge arrangements are each symmetrical to the optical axis at a distance from one another corresponding at least to the gap width are arranged.

2. Device according to claim 1, characterized in that the supply voltage (1, 2) connected to the first bridge arrangement (I) via the series connection of the photoresistors (3, 4) of this bridge arrangement and the output voltage of this bridge arrangement via the series connection of the photoresistors (7 , 8) of the second bridge arrangement (1I).

3. Camera with a device according to claim 1, characterized in that means are provided which the device set in oscillations of low amplitude transversely to the optical axis.

4. Camera with a device according to claim 1, characterized in that means for rotation of the device are provided around its optical axis. Considered publications: German Patent No. 501514; "The Review of Scientific Instruments," Vol. 28, no.2, 1957, pages 122 to 124.