DE2123329A1 - Entfernungsmesser für photographische Apparate - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH
DR. TINO HAIBACH

8 MÜNCHEN 2, H· Mai 1971 UNSER ZBCHEN. ^

Polaroid Corporation, Cambridge, Massachusetts, USA. Entfernungsmesser für photographische Apparate

Die Erfindung betrifft eine photographische Kamera mit einem binokularen Entfernungsmesser jener Bauart, die gewöhnlich als "stereoskopischer Entfernungsmesser" bezeichnet wird, wobei ein virtuelles Bild einer Sichtmarke mit variablem Abstand in das Sichtfeld projiziert wird.

Stereoentfernungsmesser dieser Bauart benutzen traditionell ein linksäugiges und ein rechtsäugiges Teleskop, wie dies beispielsweise aus den US-Patentschriften 1 514 948, 2 144 257 und 2 425 713 hervorgeht. Jedes Teleskop weist eine Sichtmarke auf oder errichtet eine Sichtmarke in der Brennebene des Teleskopobjektivs und virtuelle Bilder der Sichtmarken werden durch die Objektive in das Sichtfeld projiziert. Wie sich aus den vorgenannten Patentschriften ergibt, sind die hierfür benutzten Teleskope häufig sehr komplex in optischer Hinsicht aufgebaut.

Verschiedene Mechanismen, von denen manche recht verwickelt aufgebaut waren, mußten zur Einstellung der Tiefenlage des jeweiligen Sichtmarkenbildes im Sichtfeld und zur gleichzeitigen Veränderung des Konvergenzwinkels von linker und rechter

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-Projektionsachse benutzt werden, um den Konvergenzpunkt der Achsen mit den Sichtmarkenbildern zusammenfallen zu lassen und eine korrespondierende Bewegung hervorzurufen.

Die hiermit zusammenhängenden Probleme der Ausrichtung, Eichung und Korrelation sind sehr schwerwiegend. Es sind verschiedene Versuche unternommen worden, diese Probleme zu lösen (vergl. beispielsweise US-Patentschrift 2 166 046, Französische Patentschrift 2 350 210 und US-Patentschrift 2 991 683). Eine Kompensation für verschiedenen Augenabstand bereitet weitere Schwierigkeiten, wie in der US-Patentschrift 2 932 234 ausgeführt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen stereosko- ψ pischen Entfernungsmesser zu schaffen, bei welchem eine exakte Registrierung von virtuellem Bild und rechtäugigem Sichtmarkenbild, die von einem Beobachter wahrgenommen wird, für alle Lagen des Sichtmarkenbildes im Gesichtsfeld eigen ist. Demgemäß besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, einen Stereoentfernungsmesser zu schaffen, bei dem die mit der Ausrichtung, Eichung, Registrierung, Korrelation der Bildbewegungen und Empfindlichkeit gegenüber Augenabstandsänderungen im wesentlichen vermMen werden.

Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Entfernungsmessers, der durch einen höchst einfachen Aufbau und eine ein-. fache Punktion charakterisiert ist.

Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung einer photographischen Kamera mit einem gekuppelten Entfernungsmesser, bei dem ein projiziertes Sichtmarkenbild veranlaßt wird, im Sichtfeld gemäß der Einstellbewegung bei der Entfernungseinstellung voranzuschreiten oder zurückzulaufen.

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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer photographischen Kamera mit gekuppeltem Entfernungsmesser gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Grundrißansicht eines Teils des Entfernungsmessers gemäß Fig.l,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Sichtmarke, Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die das Prinzip der Erfindung besonders deutlich erkennen läßt,

Fig. 5 und 6 eine Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht der Ausführungsform nach Fig.4,

Fig. 7 eine Ansicht des Entfernungsmessers gemäß Fig.4 bis 6, welcher so eingestellt ist, daß das projizierte Sichtmarkenfeld sich auf den Betrachter zubewegt hat.

Die Fig.l und 2 veranschaulichen eine photographische Kamera mit einem Stereoentfernungsmesser als bevorzugte Anwendung der Prinzipien dieser Erfindung. Die Fig.4 bis 7 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung und diese Figuren sind vielleicht noch zweckmäßiger zum Verständnis der Erfindung als die Fig. 1 und 2. Aus diesem Grunde soll zum Verständnis des Wesens der Erfindung vor einer Diskussion-der Fig.l und 2 die Ausführungsform nach Fig. 4 bis 7 beschrieben werden.

Wie oben erwähnt, benutzen alle bekannten Stereoentfernungsmesser zwei optisch unabhängige Sichtmarkenprojektionssysterne. Wegen der Unabhängigkeit des linken Systems von dem rechten bestehen schwerwiegende Probleme bei der Registrierung von linken und rechtem Sichtmarkenbild im Sichtfeld und im Hinblick auf eine Aufrechterhaltung dieser Registrierung, w enn der wirksame Projektionsabstand des zusammengesetzten Stereosichtmarkenbildes veranlaßt wird, im Sichtfela/vorn oder nach hinten zu rücken.

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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine einzige Sichtmarke und eine einzige Betrachtungseinrichtung benutzt wird, um ein einziges virtuelles Bild der Sichtmarke im Gesichtsfeld zu projizieren. Das Bild wird durch das linke und rechte Auge der Bedienungsperson betrachtet, welche unterschiedliche Abschnitte einer gemeinsamen Bildwellenfront empfangen, von der das Sichtmarkenbild gebildet ist. Mit anderen Worten: betrachten beide Augen ein einziges Sichtmarkenbild,in dem unterschiedliche Teile eines einzigen Bündels von Bildstrahlen aufgefangen werden^, die das projizierte virtuelle Sichtmarkenbild definieren. Demgemäß sieht die Erfindung erstmalig einen wirklichen stereokopischen Entfernungsmesser vor, bei dem die Bilder von linkem und rechtem Auge ein xiirkliches Stereopaar von Bildern eines einzigen Sichtmarkenbildes empfangen und nicht ein simuliertes Stereopaar von Bildern, die, wenn sie ordnungsgemäß betrachtet werden, ein einziges Sichtmarkenbild darzustellen scheinen.

Infolge der Tatsache., daß ein einziges Sichtmarkenbild aufgerichtet wird und nicht zwei Bilder, wie bei dem bekannten Stand der Technik, werden auch die Probleme bekannter Einrichtungen gelöst ₃ die in einer Mißausrichtung einer Korrelation von sich ändernden linken und rechten Bildabständen und der Nachführung des Konvergenzpunktes eines Paares von Stereoachsen durch die linken bzw. rechten Sichtmarkenbilder verkörpert waren.

Die Fig.4 bis 7 zeigen eine Sichtmarke 8 und eine Gürtellinse 9, welch letztere wenigstens im Abstand einer Brennweite von der Sichtmarke weg liegt* um ein virtuelles Bild 10 der Sichtmarke 8 zu erzeugen. Ein teilweise reflektierender ebener Spiegel 11 liegt im Winkel gegenüber der optischen Achse 0-0 der Linse 9, um das virtuelle Bild 10 der Sichtmarke in das Sichtfeld des Beobachters einzuspiegeln. Der Beobachter ist in den Fig.4 und J durch ein linkes Auge LE und durch ein rechtes Auge RE eharakte-

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risiert. Wie aus den Fig.4 bis 6 hervorgeht, erfassen das rechte und das linke Auge des Beobachters linke und rechte Abschnitte 12L bzw. 12R eines einzigen Bündels 13 von Lichtstrahlen, die das Sichtmarkenbild 10 definieren. In Wellen ausgedrückt, statt in Strahlen, heißt das, daß das linke und rechte Auge der Beobachtungsperson verschiedene Abschnitte gemeinsamer Bildwellenfronten aufnimmt, die das virtuelle Sichtmarkenbild definieren.

Pig.7 ist eine der Fig.4 ähnliche Ansicht, wobei jedoch der Gegenstandsabstand von der Sichtmarke 8 nach der Linse 9 so weit reduziert ist, daß eine entsprechende Verminderung der Bildweite des Sichtmarkenbildes 10 erhalten wird. Aus den Fig. 4 bis 7 ist klar ersichtlich, daß dann, wenn das virtuelle Sichtmarkenbild 10 im Sichtfeld sich nach vorn oder hinten bewegt, der Beobachter- in der Lage ist, dem Bild 10 in der gleichen Weise zu folgen, in der er irgendeinem Objekt folgt, das sich vor ihm im Sichtfeld bewegt.

Die Fig. 1 und 2 repräsentieren eine im Aufbau bevorzugte Ausführungsform der Prinzipien der Erfindung. Eine Kamera ist nur sehr schematisch dargestellt und diese weist ein Objektiv 14 mit Entfernungseinstellung auf, durch welches Bilder auf einem lichtempfindlichen Film 15 abgebildet werden. Es ist ein Verschluß zur Steuerung der Belichtungszeit und eine Blendeneinstelleinrichtung herkömmlicher Art vorgesehen. Der neuartige Entfernungsmesser 16 gemäß der Erfindung weist eine Sichtmarke 17 und eine teilweise reflektierende catoptriache Linse 18 auf; diese JQnse 18 weist einen Abschnitt einer teilweise verspiegelten transparenten sphärischen Muschel auf. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 besteht die Sichtmarke 17 aus einer Maske, die ein transparentes Fenster 19 in Gestalt eines Pfeiles definiert. Ein voll versilberter ebener

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Spiegel 20 wird zur Erzeugung eines ersten Bildes 21 der Sichtmarke 18 höchstens im Abstand einer Brennweite von der Linse erzeugt.

In der gleichen Weise wie die Gürtellinse 9 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.4 bis 7 ein virtuelles Bild der Sichtmarke 8 entwirft, entwirft die catopfcrische Linse 18 ein virtuelles Bild 22 des ersten Sichtmarkenbildes 21, welches durch den Spiegel 20 erzeugt wurde, in das Sichtfeld. Das entworfene Sichtmarkenbild 22 kann durch das linke und rechte Auge eines Beobachters erkannt werden, welches vor dem linken bzw. rechten Betrachtungsfenster 23*24 des Entfernungsmessergehäuses 25 liegt , wobei die Augen entlang der linken bzw. rechten Okularachsen LL bzw. RR schauen.

Wie in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig.4 bis 7 erläutert wurde, nehmen das rechte bzw» linke Auge eines Beobachters,die vor dem linken bzw. rechten Beobachtungsfenster 23*24 liegen, unterschiedliche Abschnitte ä.ner gemeinsamen Bildwellenfront auf, die durch die catoptrische Linse 20 erzeugt worden sind und das projizierte Sichtraarkenbild 22 definieren. Der Bildabstand des entworfenen Sichtmarkenbildes 22 ist mit dem Bereich von Gegenständen im Siohtfeld identifizierbar, die einem Betrachter, der durch die Fenster 23,24 schaut, in der Nähe des SichtmErkenbildes 22 zu liegen scheinen.

Damit die Lage des entworfenen Sichtmarkenbildes längs der Achse 0-0 geändert werden kann, d.h. im Sinne einer Änderung in der Tiefe, sind Mittel vorgesehen, um die Axialstellung des Spiegels 20 relativ zu der Linse 18 einzustellen und demgemäß den Gegenstandsabstand des ersten Sichtmarkenbildes 21, das vom Spiegel 20 erzeugt wird. Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine

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Kamera zu schaffen, die einen gekuppelten Stereoentfernungsmesser aufweist, bei dem die Bewegung des projizierten Sichtmarkenbildes mit der Entfernungseinstellung des Kameraobjektivs gekuppelt ist. Die Einsteilbewegung des Spiegels 20 ist mit den Einstellmittel des Objektivs 14 gekuppelt. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Objektiv, welches die Linse 14 enthält, von jener Bauart, bei der eine Drehung des Linsentubus

26 eine axiale Bewegung des Linsentubus 26 und der darin enthaltenen Linse 14 bewirkt. Der Linsentubus 26 weist einen Nockenring

27 auf. Ein Kupplungsorgan 28-mit einem Nockenfolgeglied 29 an einem Ende wirkt mit dem Nockenring 27 zusammen und das andere Ende des Kupplungsgliedes 28 ist direkt mit dem Träger 50 ver- ■ bunden und hält den Spiegel 20. Die Drehung des Objektivtubus 26 zur Entfernungseinstellung des Objektivs 14 bewirkt, daß sich der Spiegel 20 in eine entsprechende Richtung bewegt. Aus einer Betrachtung der Fig. 1 und 2 ergibt sich, daß eine Vorwärtsbewegung des Objektivs 14, was mit einer Einstellung auf näherliegende Gegenstände verknüpft ist, zu einer Vorwärtsbewegung des Spiegels 20 führt und zu einem hieraus resultierenden Vorschieben des projizierten Sichtmarkenbildes 22 nach dem Beobachter hin. Das Profil des Nockenringes 27 ist so gewählt, daß das projizierte sichtbare Bild 22 verariaßt wird, dem fokussierten Abstand des Objektivs 13 zu folgen.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die extreme Einfachheit des Aufbaus des Entfernungsmessers. Durch Benutzung einer einzigen Sichtmarke, die zuerst virtuell durch ein-en Lageeinstellspiegel erzeugt und dann in das Sichtfeld eingespiegelt wird, kann der optische Aufbau,der notwendig ist, um ein stereoskopisch beobachtbares Sichtmarkenbild zu schaffen, sehr vereinfacht werden. Außerdem stellt die Möglichkeit der Bewegung des projizierten Bildes bei Aufrechterhaltung der Registrierung von linkem

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und rechtem Bild nur durch Einstellung der Lage eines einzigen Elementes, nämlich des einstellbaren Spiegels, einen ganz wesentlichen technischen Fortschritt gegenüber bekannten Anordnungen dar. Demgemäß gibt die Erfindung eine Lehre, einen Entfernungsmesser mit höchst einfachem Aufbau zu schaffen, bei welchem die Bilder des linken und rechten Auges genau registriert sind und wobei die.Tiefenbewegung des projizierten Bildes durch Einstellung eines einzigen optischen Elementes erreicht wird und während dieser Bewegung wird die Ausrichtung automatisch aufrechterhalten. Die Erfindung macht es erstmalig möglich, einen billigen Stereoentfernungsmesser hoher Genauigkeit und von großer Einfachheit zu benutzen.

Fig. 3 zeigt eine dreidimensionale Sichtmarke. 32, die die ψ Sichtmarke IT gemäß Fig. 1 bis 2 ersetzen kann oder die Sichtmarke 8 gemäß Fig.4 bis 7. Ein virtuelles Bild der Sichtmarke 32 ergibt eine Tiefenillusion infolge der Tiefenerstreckung der Sichtmarke 32 und der kleinere Pfeil 34 erscheint vielter entfernt liegend vom Beobachter als der große Pfeil 36.

Die Sichtmarke 32 kann dadurch hergestellt werden, daß der kleinere Pfeil 34 als matt geschliffenes lichtdurchlässiges Fenster innerhalb einer Maske 38 ausgebildet ist. Der Pfeil 36 kann aus einem matt geschliffenen lichtdurchlässigen Fenster entstehen, das durch die Maske 38 und eine maskierte rückwärtige Oberfläche einer Abstandsplatte 40 definiert ist. Die Pfeile . 3"4 und 36 sind so in axialer Richtung im Raum im Abstand zueinander angeordnet, damit die Bilder der Pfeile, die im Sichtfeld erzeugt iferden, ebenfalls in der Tiefe im Abstand zueinander lie= gen.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf spezielle Einzelheiten der Konstruktion dieser Ausführungsbeispiele und es können zahlreiche Abwandlungen getroffen werden.

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Z.B. könnte anstatt ein Sichtmarkenbildobjektiv zu benutzen, welches das volle Gesichtsfeld des Suchers einnimmt, ein schmaler horizontaler Abschnitt des Objektivs benutzt werden, der nur einen Teil des Sucherbildwinkels in der vertikalen Abmessung einnimmt. Die Sichtmarke selbst kann jede geeignete Gestalt aufweisen und sie könnte bei einer photographischen Kamera beispielsweise einen Rahmen definieren, der das Sichtfeld der Kamera begrenzt.

Patentansprüche;

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Claims (10)

Ho Patentansprüche :

1. Zweiäugiger Entfernungsmesser mit einer optischen Einrichtung und Bilderzeugungsmitteln sum Entwerfen eines virtuellen Bildes einer Sichtmarke in einem vorbestimmten Bildabstand innerhalb des Sichtfeldes,

dadurch gekennzeichnet,

daß Mittel vorgesehen sind, die im Abstand zueinanderliegende linke und rechte Augenbetrachtungsstellen definieren, die unterschiedliche Abschnitte einer gemeinsamen Bildwellenfront erfassen, die das virtuelle Sichtmarkenbild definieren und daß der vorbestimmte Bildabstand des Sichtmarkenbildes mit der Entfernung von Gegenständen innerhalb des Sichtfeldes identifizierbar ist, die einem durch die Augenbetrachtungsstellen W schauenden Beobachter in der Nähe des Sichtmarkenbildes zu liegen scheinen.

2. Entfernungsmesser nach Anspruch 1,
dadurch gekennzei chnet , daß die Bilderzeugungsmittel eine teilweise reflektierende positive catroptische Linse aufweisen, die wenigstens über einen Teil des Sichtfeldes verläuft und von der linken und rechten Augenbetrachtungsstelle sichtbar ist.

3. Entfernungsmesser nach Anspruch 2,
dadurch gekennzei chnet, daß die optische Einrichtung eine Relaiseinrichtung aufweist, um ein erstes Bild der Sichtmarke hinter und höchstens eine Brennweite weg von der Linse erzeugt, um durch die Linse in das Sichtfeld entworfen zu werden.

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- ii -

4. Entfernungsmesser nach Anspruch J>,
dadurch gekennzei chnet, daß die Sichtmarke etwa an der Linse befindlich ist und zwar in der optischen Achse derselben und daß das Relais einen Spiegel aufweist, der hinter der catroptischen Linse angeordnet ist und das erste Sichtmarkenbild erzeugt.

5. Entfernungsmesser nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sichtmarke aus einer Maske auf einem zentralen Abschnitt der catroptischen Linse besteht und daß die Maske ein Fenster definiert, dessen Grenzen die Gestalt der Sichtmarke bestimmen.

6. Entfernungsmesser nach Anspruch 5»
dadurch gekennzeichnet, daß einstellbare Steuermittel vorgesehen sind, um die Tiefenlage des entworfenen Sichtmarkenbildes einzustellen und daß diese Steuermittel mit dem Spiegel gekuppelt sind, um die Axialstellung des Spiegels und dadurch den Abstand des ersten Sichtmarkenbildes von der Linse einzustellen.

7. Entfernungsmesser nach Anspruch 1,
dadurch gekennzei chnet, daß die Sichtmarke eine beträchtliche Erstreckung in einer Richtung parallel zur Hauptachse der Bilderzeugungsmittel aufweist derart, daß das entworfene virtuelle Bild der Sichtmarke eine visuell wahrnehmbare TiefenerStreckung besitzt.

8. Entfernungsmesser nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Kupplungsglieder vorgesehen sind, um die Entfernungseinstellvorrichtung einer photographischen Kamera mit den Ein-

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Stellgliedern des Entfernungsmessers so su kuppeln., uaß eins Einstellung der Entfernungseinstellmittel bis au einem Punkt^ an-dem das Sichtmarkenbild in der Nähe des zu photograph!erenden Gegenstandes zu liegen scheint, gleichseitig eine Scharfeinstellung des Gegenstandes durch die Kamera bewirkt.

9. Entfernungsmesser nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet* daß die Kupplungsmittel mit dem Spiegel verbunden sind, um ge=» maß der Entfernungseinstellung eine Axialbewegung desselben su bewirken, so daß eine Axialbewegung des ersten Sichtmarken= bildes nach der Linse und demgemäß eine Tiefenbewegung des projizierten Bildes bewirkt wird.

10. Entfernungsmesser nach Anspruh 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Bilderzeugungseinriciitung eine Gürtellinse mit positiver Brechkraft aufweist und daß ein teilweise reflektierenden Spiegel über wenigstens einen Teil des Sichtfeldes von linken und rechten Augenbetrachtungsstellungen sichtbar ist, der die Bildwellenfronten reflektiert, iveiche das virtuelle Sicht= markenMld an den Augenbetraehtungsstellen definiert.

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