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Vorrichtung zur Einstellung des Objektivs an einer fotografischen
Kamera Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einstellung des Objektivs an
einer fotografischen Kamera auf die Entfernung des Objektes.
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Es ist bei fotografischen Kameras bekannt, die Objektentfernung mittels
Infrarotstrahlen zu messen, die von einem an der Kamera angeordneten IR-Strahler
ausgesandt werden. Die Strahlen beleuchten auf dem Objekt einen Fleck, und dieser
Fleck wird von einem Empfänger an der Kamera eingefangen, der gegenber dem Projektionsobjektiv
um eine Meßbasis versetzt angeordnet ist.
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Der Empfänger besteht aus einem Doppelfotoempfänger. Wie bei einem
Schnitt- oder Mischbildentfernungsmösser ergibt der Winkel, unter dem der Doppelfotoempfänger
den beleuchteten Fleck sieht, ein Maß fur die Entfernung. Die richtige Einstellung
ist dabei dann gegeben, wenn die beiden Empfängerhälften des Doppelfotoemptängers
von den reflektierten Infrarotstrahlen gleichmäßig beaufschlagt werden. Der Doppelfotoempfänger
kann ein in eine Brückenschaltung einbezogener Doppelfotowiderstand sein, wobei
der Diagonalzweig der Brücke mit seinem Strom einen Servo-Motor steuert. In diesem
Diagonalzweig fließt immer dann kein Strom, wenn die beiden Fotowiderstandshälften
gleichmäßig beaufschlagt werden. Bei ungleichmäßiger Beaufsohlagung fließt ein solcher
Strom, der den Servo-Motor in der einen oder anderen Richtung dreht und dabei sowohl
das ObJektiv als auch den Doppelfotowiderstand verschiebt, und zwar so lange, bis
die Beaufschlagng der Widerstandshälften des Doppelfotowider-Standes wieder gleich
ist.
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Eine derartig einfache Empfängeranordnung könnte jedoch nur dann richtige
Resultate liefern wenn die Oberfläche des angestrahlten Objektes homogen ist, so
daß ein Teil der einfallenden Strahlen auch gleichmäßig reflektiert wird. Es ist
jedoch anzunehmen, daß die Oberfläche des ObJektes in den meisten Fällen nicht homogen
und demzufolge auch der Reflexionsgrad nicht konstant ist. Die Struktur des Objektes,
die bei einem "passivenn Entfernungsmesser, z.B. einem Mischbildentfernungsmesser,
benötigt wird, um zu erkennen, ob sich die beiden Teil-Bilder decken, tritt bei
einem Entfernungsmesser der besprochenen Art als Störgröße auf, denn infolge der
ungleichmäßigen Objekt struktur verschiebt sich der Schwerpunkt des Leuohtfleokes.
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Letzteres würde aber bei einer so einfachen Entfernungseßanordnung,
wie oben beschrieben, zu einem Meßfehler führen.
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Zur Verreidung dieses -Nachteiles werden nunmehr drei verschiedene
Lösungen vorgeschlagen. Der Lösungsweg sieht vor, vonder belouchteten Objektfläche
zwei Strahlenbändel aufzufangen und derart den lichtempfindlichen Empfängern zuzuführen,
daß eine Verschiebung des Schwerpunktes des Leuchtfleckes stets eine gegensinnige
Verschiebung der Strahlen auf den beaufschlagten Flächen der lichtempfindlichen
Empfänger verursacht, die sich z.B. in einer geeigneten Schaltung gegenseitig kompensieren.
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Dagegen bewirkt eine unrichtige Entfernungseinstellung nach wie vor
eine gleichgerichtete Verschiebung auf den Empfängern, aus denen dann ein Steuerinpuls
fUr die Korrektur durch den Servo-Motor abgeleitet werden kann. Der Meßfehler, der
in der oben beschriebenen Weise durch die Objektstruktur hervorgerufen werden kann,
wird demnach durch Kompensation eliminiert.
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Bei zwei der vorgeschlagenen Lösungen wird zu diesen Zweck von jeweils
zwei Doppelfotoerpfängern Gebrauch gemacht1 und die Kompensation erfolgt durch eine
geeignete lektrisohe Schaltung der Doppelfotoempfänger. Die dritte Lösung mount
dagegen
mit einem Doppelfotoempfänger aus, und die Kompensation erfolgt hier bereits durch
die Strahlenfhrung, also auf optischem Wege.
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Als Doppelfotoempfänger können Doppelfotowiderstände verwandt werden,
die dann in einer BrUckenschaltung zusammenzuschalten sind. Wenn als Lichtquelle
des IR-Strahlers eine Gallium-Arsenid-Diode eingesetzt wird, können jedoch als Doppelfotoempfänger
auch Silicium-Zellen verwendet werden, die sich wegen ihres Spektralmaximums besonders
gut für den Empfang des Gallium-Arsenid-Lichtes eignen. Wie noch erläutert werden
wird, sind die vier Zellen parallel bzw. antiparallel geschaltet, so daß auch in
diesem Falle eine elektrische Kompensation der Schwerpunktverschiebung der Sekundärs
trahlung erfolgt.
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In der Zeichnung sind die drei Lösungen der Aufgabe in AusfUhrungsbeispielen
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung der ersten Lösung der
Aufgabe, Fig. ia eine Doppelfeldlinse vor einem Doppelfotoempfänger, Fig. 2 eine
Verbindung von zwei im Beispiel nach Fig. 1 verwendeten Doppelfotowiderständen in
einer Brtickenschaltung, Fig. 3 eine Verbindung von zwei im Beispiel nach Fig. 1
verwendeten 1)oppel-Silicium-Empfängern in einer Parallel-bzw. Antiparallelschaltung,
Fig. 4 eine schematische perspektivische Darstellung der zweiten Lösung der Aufgabe,
Fig. 5a,5b eine schematische Darstellung der dritten Lösung der Aufgabe, Fig. 6a
, 6b eine schematische Darstellung der dritten Lösung der Aufgabe unter Verwendung
von zwei Doppelhohlspiegeln.
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In Fig. 1 ist mit 1 ein IR-Strahler bezeichnet, der aus einer Lichtquelle
2 und einer Projektionslinse 3 besteht. Die Lichtquelle 2 sendet Infrarotstrahlen
aus, die ein Objekt 4 beleuchten und von diesem Objekt reflektiert werden. Ein Teil
der reflektierten Strahlen wird von den Sammellinsen 5 und 6 aufgefangen, hinter
denen je ein Doppelfotoempfänger angeordnet ist. Der Doppelfotoempfänger hinter
der Sammellinse 5 besitzt die Empfängerhälften A und B, während der Fotoempfänger
hinter der Linse 6 aus den Empfängerhälften A', Bt besteht.
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In Fig. 1 sind die Strahlengänge zunächst so dargestellt; als ob die
reflektierten Strahlen von der optischen Achse des IR-Strahlers 1 auagehen, was
einer Reflexion bei homogener Objektoberfläche entspricht. Außerdem ist die Entfernung
richtig eingestellt, d.h. die einzelnen Empfängerhälften werden gleichmäßig beaufschlagt.
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Mit gestrichelten Linien sind aber auch die reflektierten Strahlen
eingetragen, wie sie zu den Empfängern zurücklaufen, wenn der Schwerpunkt dieser
Sekundärstrahlung infolge i-nhomogener Oberfläche des Objektes verschoben ist. Der
einfacheren Darstellung halber ist jeweils nur der Zentralstrahl jedes BUndels eingezeichnet,
der die Linsen 5, 6 ungebrochen durchtritt.
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Die Fotoeipfänger A, B und A2, Bt sind in ihrer Ebene senkrecht zur
optischen Achse gegensinnig verschiebbar. Es ist nun erkennbar, daß, wenn sich der
Schwerpunkt der beleuchteten Objektfläche 4 entlang der optischen Achse verschiebt,
was einer Änderung der Entfernung gleichkommt, sich für die Fotoempfänger eine Stellung
finden läßt, in der alle vier Hälften A/B, At/Bt gleichmäßig beaufschlagt werden.
Dies entspricht dann
der richtigen Entfernungseinstellung des Aufnahmeobjektivs,
das in bekannter und daher nicht weiter dargestellter Weise mit dem Verschiebemechanismus
der Fotoempfänger getrieblich zu gemeinsamer Verschiebung verbunden ist.
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Verschiebt sich jedoch der Schwerpunkt der beleuchteten Fläche von
der optischen Achse weg, z.B. zum Punkt 7, so wird die Beaufschlagung der Fotoempfängerhälften
ungleichmäßig, d.h. das Widerstandsverhältnis zwischen A und B wird unsymmetrisch.
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Die gleiche Unsymmetrie ergibt sich jedoch zwischen den beiden Doppelfotoempfängerhälften
At/Bt, und wenn man daher die beiden Doppelfotoempfänger in geeigneter Weise zusammenschaltet,
heben sioh diese Unsymmetrien gegenseitig auf.
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Eine solche Schaltung ist in Fig. 2 gezeigt, wobei angenommen ist,
daß als Doppelfotoempfänger Doppelfotowiderstände verwendet sind. Diese Widerstände
sind in einer BrUcke zusaengeschaltet, und die Unsymmetrien der vier Fotowiderstandshälften
bewirken, daß die BrUckendiagonale weiterhin stromlos bleibt, d.h. die Schwerpunktverschiebung
der Sekundärstrahlung wird elektrisoh eliminiert.
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Fig. 3 gibt eine Schaltung an, fur den Fall, daß als Doppelfotoempfänger
Doppelfotoelemente, vorzugsweise Siliciumelemente, verwendet sind. Die ebenfalls
mit A/B und A'/B' bezeiohneten vier Empfäng.rhälften sind parallel bzw. antiparallel
geschaltet. Ein niederohuiger Abschlußwiderstand 8 belastet die Fotoelemente, so
daß annähernd der Kurzschlußstrom fließt. Nimit man entsprechend Fig. 1 an, daß
sich die Entfernung erhdht, so erhalten die Elemente B und Bt mehr Licht. Da B und
131 gl-ichz-it; parallel geschaltet sind, erhöht sich der Strom fluß durch den Widerstand
8 im gleiohen Sinne. Wenn andererseits der Schwerpunkt des beleuchteten Fleokes
4 sich von der
optischen Achse 6 verschiebt zum Punkt 7, so erhält
B mehr Licht als A und gleichzeitig A@ mehr Licht als B. Da die jetzt mehr Licht
erhaltenden Fotoelementshälften A', B antiparallel liegen, kompensiert sich die
Verschiebung des beleuchteten Fleckes.
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Die Spannung am Widerstand 8 wird in dem Wechselstromverstärker WV
verstärkt, hinter dem sich der Synchrondetektor SD befindet. Dieser ist im vorliegenden
Beispiel durch ein Relais angedeutet, das im Gleichtakt mit der Lichtquelle 2 aus
dem Rechteckgenerator GR erregt wird. Das nachgeschaltete RC-Glied verringert in
bekannter Weise die Bandbreite des gesamten Empfängers. Die gewonnene Gleichspannung
betreibt dann den Stellmotor M.
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Die Kette vom Wechselstromverstärker bis zum Motor gehört dem Stand
der Technik an. Es ist deshalb verzichtet worden, diese Schaltungsdetails in größerer
Genauigkeit darzustellen.
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Zu der Darstellung in Fig. 2,bei der sich an die Brückendiagonale
die gleiche Kette vom Wechselstrcmverstärker bis zum Motor anschließt, sei noch
besonders darauf hingewiesen, daß die beiden Doppelfotowiderstände nicht auf gleiche
Expfindlichkeit ausgesucht zu werden brauohen. Da jeder Doppelfotowiderstand eine
Halbbrllcke, also einen Spannungsteiler, darstellt, kommt es nur suf das Widerstandsverhältnis
A/B einerseits und auf das Verhältnis A'/B' andererseits an, nicht jedoch auf die
Absolutwerte der Toilwiderstände. Das Verhältnis A/B ist aber durch die AusfUhrung
jeweils als Doppelfotowiderstand weitgehend gegeben, d.h. also durch die gleichmäßig.
und gleichzeitige Bedampfung jedes Dopp.lplättch.ns bei der Herstellung. @@ muß
lediglich gefordert werden, daß die beiden Doppelfotowiderstände unter sich keinen
allzu großen Unterschied im Steigungsexponenten haben.
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Vor den Fotoempfängern A, B und At, Bt können jeweils eine Doppel-Zylinderfeldlinse
20 in der in Fig. 1a dargestellten Weise derart angeordnet sein, daß ihre vorderen
Linsenflächen etwa in den Brennebenen der Linsen 5 und 6 liegen. Die Doppel-Zylinderfeldlinsen
bewirken ein Auseinanderziehen der Teilstrahlenbündel, so daß diese mit Sicherheit
getrennt voneinander auf die beiden Empfängerhälften fallen, wobei die letzteren
auch in deutlichem Abstand voneinander angeordnet sein können.
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Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei der die Doppelfotoempfänger A/B,
A£/3t hinter der Lichtquelle 2 nahe der optischen Achse angeordnet sind. Beidseits
der Projektionslinse 3 sind als sammelnde optische Glieder die Linsen mit prismatischem
Anteil 5t, 6t angeordnet, deren Brennpunkte eigentlich in der Ebene der Doppelfotoempfänger
auf der optischen Achse lägen.
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Da die beiden Doppelfotoempfänger aber nicht gleichzeitig an diesem
Ort stehen können1 sind die Linsen 5t, 6t ein wenig gegenüber der meriodinalen Achse
9 versetzt, so daß ihre Brennpunkte nicht mehr zusammenfallen, sondern jeweils etwas
neben der optischen Achse auf den Trennkanten der Empfänger A/B bzw. At/B liegen.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist im Prinzip die gleiche wie
im Beispiel gemäß Fig. 1. Eine Verschiebung des Schwerpunktes der Sekundärstrahlung
aus der optischen Achse heraus erzeugt in beiden Doppelfotoempfängern die gleiche
Unsymmetrie, die sich in einer Schaltung gemäß den Fig. 2 oder 3 gegenseitig kompensiert.
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Dagegen benötigt die in Fig. 5a, 5b dargestellte Lösung der Aufgabe
ir Gegensatz zu den beiden bisher beschriebenen Lösungen lediglich einen Doppelfotoempfänger.
Bei dieser Lösung
sind hinter den Linsen 5, 6 Spiegel 9, 10 angeordnet,
welche die beiden Teilstrahlen in Richtung optischer Achse zurUckspiegeln. Dort
treffen sie auf einen Winkelspiegel 11, 12, der mit seiner Kante parallel zur optischen
Achse liegt. Von diesem Winkelspiegel werden die Teilstrahlen senkrecht zur optischen
Achse ausgespiegelt, und zwar in der Darstellung der Fig. 5a nachhinten; Sie treffen
dort in der in Fig. 5b gezeigten Weise auf den einen Doppelfotoempfänger 14.
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Es ist nun leicht erkennbar, daß sich bei einer Änderung der Entfernung
z.B. zum Punkte 4 t beide Teilstrahlen auf dem Doppelfotoempfänger nach der gleichen
Seite verschieben, nämlich zu den Punkten 4". Sie verstärken damit die Beaufschlagung
der einen Fotoempfängerhälfte, was in bekannter Weise zum Anlaufen des Servo-Motors
M fUhrt und damit zur Nachregelung der Entfernungseinstellung. Verschiebt sich dagegen
der Schwerpunkt des beleuchteten Fleckes zum Punkte 7 t, so wandern die Teilstrahlen
auf dem Doppelfotoempfänger nach unterschiedlichen Seiten aus, so daß die Unsymmetrie
des beleuchteten Objektfeldes gleichsam optisch kompensiert wird.
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Das Einstellen des Doppelfotoempfängers auf gleichmäßige Beaufsohlagung
kann durch Drehen der Spiegel 9, 10 oder auch durch Verschieben des Winkelspiegels
11, 12 mit dem Doppelfotoempfänger erfolgen. Außerdem können auch sonst noch verschiedene
Änderungen getroffen werden, ohne das Grundprinzip dieser Lösung zu verlassen. So
können die Spiegel und Linsen, z.B. 5 und 9, zu einem Hohlspiegel vereinigt werden.
Auf beiden Seiten des Winkelspiegels können auch in der in Fig. la gezeigten Art
Doppel-Zylinderfeldlinsen vorgeschaltet sein zur schärferen BUndelung der einzelnen
Teilstrahlen auf die eine oder andere Doppelfotoempfänger-Hälfte. Diese Doppel-Zylinderfeldlinsen
können dann auch mit dem Winkelspiegel vereinigt werden zu einem Doppel-Winkelzylinderhohlspiegel,
wie in den Fig.6a, 6b dargestellt.