DE2126178B2 - Automatische Scharfeinstellvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine automatische Scharfeinstellvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine automatische Scharfeinstellvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanpruchs ist bereits aus der DE-OS 19 47 675 bekannt und weist eine photoelektrische Detektoreinrichtung auf, welche bei nicht vorliegender exakter Entfernungseinstellung ungleichmäßig mit Licht bestrahlt wird. Die Entfernungseinstellung erfolgt hierbei auf solche Weise, daß die Detektoreinrichtung so lange verschoben wird, bis auf zwei Wandler der Detektoreinrichtung die gleiche Menge an Licht einfällt, wodurch die Distanz des Konvergenzpunktes der Strahlen gemessen und somit die Entfernung des Objekts ermittelt wird. Bei einer weiteren Scharfeinstellvorrichtung wird ein ringförmiger Spiegel in Kombination mit zwei photoelektrischen Wandlern verwendet, wobei der ringförmige Spiegel zur Einstellung der richtigen Entferneung derart verschoben wird, daß beide Wandler in gleichem Maße mit Licht bestrahlt werden (»An automatic range finder und focus control system«, Journal auf the SMPTE, Band 78, Januar 1966). Schließlich ist es noch bekannt, das von einer infraroten Lichtquelle emittierte Licht mittels eines Spiegels auf ein Objekt zu werfen, so daß das vom Objekt reflektierte Licht über einen weiteren Spiegel auf einen Detektor geworfen wird, der aus zwei Fotowiderständen und einer optischen Trenneinrichtung besteht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

automatische Scharfeinstellvorrichtung anzugeben, mit der eine einfachere Justierung bei gleichzeitiger Erhöhung der Auswertgenauigkeit durch eine andere Signalgewinnung möglich ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst Weitere ίο Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen automatischen Scharfeinstellvorrichtung wird vorteilhafterweise nur ein einziger photoelektrischer Wandler benötigt, der abwechselnd mit zwei vom Objekt reflektierten Lichtbündeln bestrahlt wird. Dadurch läßt sich ein wesentlich einfacherer Aufbau der Detektoreinrichtung erreichen.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine automatische Scharfeinstellvorrichtung,

F i g. 2 und 3 einen Zerhacker und den photoelektrischen Wandler mit einer Blende für die Scharfeinstellvorrichtung nach F i g. 1,

Fig.4 und 5 Blockschaltbilder der elektronischen Schaltung für die Scharfeinstellvorrichtung nach F i g. 1,

F i g. 6 eine Anwendungsmöglichkeit der in F i g. 1 gezeigten Scharfeinstellvorrichtung in einer Filmkamera, und

Fig.7a und 7b abgewandelte Ausführungsbeispiele des Projektionssystems.

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen automatischen Scharfeinstellvorrichtung. Nach F i g. 1 besteht ein Projektor 5 aus einer Lampe 1, die sich im Brennpunkt eines sphärischen Spiegels 2 befindet. Der von der Lampe 1 erzeugte Lichtstrom wird als paralleles LichtbUndel abgestrahlt An der Oberseite der Lampe 1 ist eine Kondensorlinse 3 angeordnet, um die Steuerung des direkten Lichtbündels zu verhindern. Ein Filter 4 liegt vor der Lampe 1, so daß nur Licht innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs durchgelassen wird. Dieses Filter 4 ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß sichtbares Licht abgeschirmt wird, wenn nur infrarotes Licht angewandt werden soll. Mit 7a', 7ti sind öffnungen, mit 8a und 8b sind Zylinderlinsen bezeichnet. Die in F i g. 1 gezeigte Anordnung weist außerdem einen Spiegel 23 zur Reflexion des vom Objekt reflektieren Lichtes und einen Zerhacker 24 auf. Die Detektoreinrichtung besteht aus einem einzigen photoelektrischen Wandler 11 und einer Blende 20, welche vor dem angeordnet ist. Mit 25 ist die Antriebswelle des Zerhackers 24 und mit 26 der Motor zum Antrieb des Zerhackers bezeichnet Das vom Objekt reflektierte Licht wird über öffnungen 7a', 7ti und Zylinderlinsen 8a, Sb zu dem Spiegel 23 gerichtet Nach der Reflexion werden die Lichtbündel über den Zerhacker 24 auf den Wandler 11 gerichtet. Abschirmglieder 27 begrenzen den Weg der vom Objekt reflektierten Lichtbündel. Vorzugsweise werden Filter 7a, 7b zur Unterdrückung von Störstrahlung vorgesehen, die außerhalb des Wellenlängenbereichs des emittierten Lichts liegt. Die Filter 7a, 7b können als integrale Bestandteile des Filters 4 vorgesehen sein. Der Wandler 11 kann entlang der optischen Achse des Zerhackers 24 und des Spiegels 23 verschoben werden, wie durch Pfeile veranschaulicht ist. Der Spiegel 23 weist vorzugsweise sphärische Form auf. Vor dem Wandler 11 kann vorzugsweise eine nicht dargestellte

Zylinderlinse angeordnet werden, welche eine Abbeugung der von dem Spiegel 3 auf den Wandler 11 geworfenen Lichtbündel in vorbestimmter Richtung ermöglicht

Im folgenden wird die Arbeitsweise der automatisehen Scharfeinstellvorrichtung näher erläutert Die vom Objekt reflektierten Lichtbündel treten in das optische System 6 durch die öffnungen la! und Ib ein, wonach durch die Zylinderlinsen 8a und Sb eine Umwandlung in lineare Bilder erfolgt, die durch den sphärischen Spiegel 23 vergrößert abgebildet werden. Die Abbildung der beiden Lichtbündel auf der optischen Achse des Spiegels 23 hängt von dem Abstand zum Objekt ab. Vor oder hinter dem Bildpunkt werden zwei verdunkelte Bilder durch die Diskrepanz der beiden Lichtbündel erzeugt Der Zerhacker 24 weist eine Scheibe mit strahlenförmigen Sektoren auf, wobei die Zahl der Sektoren ganzzahlig ist und entsprechend Fig.2 abwechselnd die Lichtbündel durchläßt Die Zuordnung der beiden Lichtbündel, die auf dem Wandler 11 fallen, erfolgt vorzugsweise entsprechend einer Lageabtastung des Zerhackers 24.

Wenn der in F i g. 2 gezeigte Zerhacker gemäß F i g. 1 angeordnet und rotiert wird, erreichen das obere und untere Lichtbündel nicht gleichzeitig den Wandler 11; vielmehr erreichen diese Lichtbündel entsprechend der Drehung des Zerhackers 24 abwechselnd den Wandler 11. Die Blende 20 des Wandlers 11 ist so ausgebildet, daß ihre Öffnungsbreite entlang der Richtung parallel zu derjenigen Achse sich allmählich verändert, welche die beiden öffnungen 7a' und TV verbindet Die Blende JO ist in F i g. 3 näher veranschaulicht

Die linearen Bilder 29, die wechselweise durch die beiden Lichtbündel erzeugt werden, fallen dann auf dem Wandler 11 zusammen, wenn die empfangenen Bilder der beiden Lichtbündel sich decken. In diesem Fall sind dann die Ausgangssignale des Wandlers 11 beim Auftreffen des Lichtstromes ρ (Fig. 1) gleich den Ausgangsignalen des Lichtstromes q. Wenn der Wandler 11 weiter von dem Spiegel 23 entfernt oder näher an diesem Spiegel 23 angeordnet ist, als es bei einer Deckung der beiden Bilder der Fall ist, unterscheiden sich die relativen Lagen der Bilder der Lichtbündel ρ und q voneinander; dann sind die Ausgangssignale der Lichtbündel ρ und q aufgrund der Wirkung der Blende 20 ungleich, und es wird ein Wechselstrom erzeugt Die Phase dieses Wechselstromes ist um 180° verschoben, je nachdem, ob der Wandler vor oder hinter dem Fokussierpunkt liegt.

Das vom Objekt reflektierte Licht wird somit in zwei so Lichtbündel unterteilt, die aufgrund der Wirkung des Zerhackers 24 abwechselnd auf den Wandler 11 auffallen. Der Zustand der Fokussierung erfoift durch Vergleich der Wechselstromkomponenten der Ausgangssignale des Wandlers 11. Gleichzeitig kann durch die Phase des Wechselstroms nachgewiesen werden, ob der Wandler 11 vor oder hinter dem Fokussierpunkt liegt. Wenn die Verschiebung des Wandlers 11 und die Verschiebung eines optischen Systems geeignet gekoppelt sind, kann die Abbildung eins Objekts durch das optische System fokussiert werden.

Ein Servomechanismus zur Ausführung einer automatischen Fokussierung des optischen Systems wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die elektronische Schaltung eines derartigen Servomechanismus mit Bezugnahme auf die F i g. 4 und 5 beschrieben.

F i g. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Servomechanismus für die automatische Scharfeinstellvorrichtung. Der von dem Projektor L emittierte Lichtstrom wird entsprechend der Frequenz eines Impulsgenerators G amplitudenmoduliert Das von dem Objekt reflektierte Licht fälJt auf den Wandler 11 über das in Fig. 1 dargestellte optische System auf und wird durch eine lichtelektrische Nachweisschaltung D, die beispielsweise eine Brückenschaltung enthalten kann, und einen Kondensator zur Beseitigung von Störlicht nach lichtelektrischer Umwandlung am Ausgang eines Differenzverstärkers D\ erhalten. Am Ausgang des Differenzverstärkers A treten Signale auf, deren Amplitude und Kodierung der Differenz der Lichtmenge entsprechen, die auf den Wandler 11 auffällt Außerdem sind diese Signale davon abhängig, welcher Einfall größer ist Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers D\ enthält ein zyklisches Rauschen, beispielsweise von 100 oder 120Hz entsprechend üblichen Wechselspannungsquellen, welche durch ein Filter F beseitigt werden können. Das Ausgangssignal gelangt dann in eine Wellenformschaltung S. Dort wird das Signal so geformt, daß es praktisch gleich der Impulswellenform ist, die von einem Impulsgenerator G zugeführt wird, und gelangt in eine Synchronisierungseinrichtung, die das Signal in zwei Signale unterteilt, wovon eines eine invertierte Phase hat und ein Synchronisaiionsnachweis durch den Impuls des Impulsgenerators G erfolgt Da das Ausgangssignal der Nachweiseinrichtung K\ oder Κϊ je nach der Kodierung des Signals nur einem der Integratoren I\ oder I₁ zugeführt wird, wird der Servomotor M über einen Verstärker A\ oder über einen Verstärker Ai in einer solchen Richtung angetrieben, welche diesen Verstärkern entspricht. Durch die Drehung des Servomotors M ergibt sich eine neue Verteilung der beiden Lichtbündel auf dem Wandler 11, so daß der Zustand des Systems fortschreitend so verschoben wird, daß die Lichtmenge ausgeglichen wird. Es ist möglich, die Richtung des Unterschieds der Ausgangssignale des Wandlers 11 über die erwähnte Verschiebung des Signals festzustellen und die Lage des optischen Systems immer in einer genauen Lage entsprechend dem Abstand zu einem Objekt einzustellen.

Da sich andererseits der Betrag der auf den Wandler 11 auffallenden Lichtmengen wesentlich in Abhängigkeit von dem Abstand zu einem Objekt und dessen Reflexionsvermögen etc. ändert, muß der Arbeitsbereich der lichtelektrischen Nachweisschaltung D ziemlich groß sein, weshalb es schwierig ist, eine nachteilige instabile Arbeitsweise oder dergleichen zu vermeiden. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird das Ausgangssignal des Wandlers 11 an einen Verstärker A3 weitergeleitet und die Steuerung des Projektors L mit diesem Ausgangssignal durchgeführt.

Zu diesem Zweck weden entsprechend Fig.4 die beiden Ausgangssignale der Nachweisschaltung D Differenzverstärkern Du bzw. Dn zugeführt, welche als Komparatoren dienen; deren Ausgangssignale werden nach Addition durch eine Addierschaltung AD einer Gleichrichterschaltung R\ über einen Verstärker A3 zugeführt, der ein Rechenverstärker sein kann. Die Lichtmenge des Projektors L wird durch eine Abblendschaltung Cgesteuert. Die Abblendschaltung C empungt das Ausgangssignal der Nachweisschaltung D und des Impulssignal von dem Impulsgenerator G. F i g. 4 zeigt nur ein Ausführungsbeispiel dieses Verfahrens, da ein entsprechender Effekt beispielsweise auch dadurch erzielt werden kann, daß die Rückkopplung des Verstärkers über die gestrichelt dargestellte Rückkopp-

lungsleitung eingestellt werden kann, wobei das Ausgangssignal des Wandlers 11 verwendet wird oder die auf den Wandler 11 auffallende Lichtmenge in der Nachweiseinrichtung D gesteuert wird, indem beispielsweise der Arbeitswiderstand eingestellt wird oder eine Blende in den optischen Stahlengang des Wandlers 11 eingesetzt wird. Wenn beispielsweise ein Objekt in einem unendlichen Abstand aufgenommen werden soll, oder wenn aus irgendeinem Grunde die von dem Objekt reflektierte Lichtmenge sehr gering ist, muß das optische System auf die unendliche Entfernung oder auf eine Überentfernung ohne Verzögerung eingestellt werden. Zu diesem Zweck wird das Ausgangssignal des Verstärkers A3 mindestsens einem der Servo-Verstärker zugeführt, z. B. über eine Schwellenwert-Nachweisschaltung Q und eine eine konstante Lage einstellende Schaltung C₂ dem Eingang des Verstärkers Ai, woraufhin der Servomotor M in die vorherbestimmte Lage gedreht wird. In der Figur haben die Synchronisationsdetektoren ATi, K₂ Phasen, die zueinander entgegengesetzt sind.

F i g. 5 zeigt ein Blockdiagramm eines abgewandelten Servomechanismus mit einem lichtelektrischen Element R zum Nachweis der auf den Wandler 11 auffallenden Lichtmenge, welches getrennt zu letzterer vorgesehen ist. Die von dem Projektor L emittierte Lichtmenge wird mit einer geeigneten Frequenz durch den Impulsgenerator G amplitudenmoduliert. Die von dem Objekt reflektierte Lichtmenge tritt durch das optische System in die lichtelektrische Nachweisschaltung D₂ ein, welche z. B. den Differenzverstärker D\ enthält und wird in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt, das Rauschen mit konstantem Pegel, das in diesem Signal enthalten ist, durch den Kondensator in der Nachweisschaltung D₂ beseitigt wird. Dann gelangt der Lichtstrom durch ein Filter F, welches zyklische Geräusche beseitigt, während durch eine Torschaltung Gi nur diejenige Strahlung durchgelassen wird, die von dem Projektor L entsprechend der Impulsfolge des Impulsgenerators G moduliert wird. Nach dem Durchtritt durch die Torschaltung Gi hat das Signal die Amplitude und die Phase, die in fast reiner Form dem Zustand des Unterschieds des einen oder der beiden Lichtbündel entspricht, die auf den Wandler fallen. Damit das Signal näherungsweise eine Impulsform *5 erhält, wird es einer Wellenformschaltung 5 zugeführt, deren Ausgangssignal durch den Verstärker A verstärkt wird. Nach der Verstärkung wird das Signal in zwei Signale geteilt, wovon eines einer gleichphasigen Synchronisations-Nachweiseinrichtung K\ zugeführt wird, während das andere einer gegenphasigen Nachweiseinrichtung K₂ zugeführt wird. In diesen Nachweiseinrichtungen folgt der Synchronisationsnachweis durch den Impuls und das Ausgangssignal wird einem der Integratoren /1 oder I₂ entsprechend der Phase des Wechselstoms zugeführt, der von dem Wandler 11 erzeugt wird. Dieses Ausgangssigna] betätigt den Servomotor Müber die Verstärker A\ oder A₂ in einer vorherbestimmten Richtung.

Die Drehrichtung des Servomotors kann wegen der Steuerung des Ausgangssignals durch die Phase des von dem Wandler 11 erzeugten Wechselstroms, also durch die Information der relativen Lage des Wandlers 11 entsprechend der normalen Fokussierungslage, immer so eingestellt werden, daß diese Lage der Entfernung zu einem Objekt entspricht

Zur Vermeidung einer instabilen Arbeitsweise der elektronischen Schaltung, die durch den Unterschied der Lichtmenge bestimmt ist, die auf den Wandler 11 auffällt, kann ein weiteres lichtelektrisches Element R für den Nachweis des Eingangspegels vorgesehen werden, dessen Ausgangssignal dem Verstärker A zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers A₃ wird der Abblendschaltung C des Projektors zugeführt, um die von dem Projektor L emittierte Lichtmenge zu steuern. Wenn beispielsweise ein Objekt in einem unendlichen Abstand aufgenommen werden soll, oder wenn die Intensität der von dem Objekt reflektierten Strahlung aus irgendeinem Grunde sehr gering ist, wird das optische System auf eine unendliche Entfernung oder auf eine Überentfernung ohne Verzögerung durch die Eingangspegel-Nachweisschaltung Ci bzw. die Schaltung C₂ für die Einstellung einer konstanten Lage eingestellt Mit /?i ist eine Gleichrichterschaltung bezeichnet

Unter Bezugnahme auf die F i g. 6 und 7 wird eine mögliche Verwendung der automatischen Scharfeinstellvorrichtung in einer Fotokamera erläutert

Gemäß den F i g. 6 und7 erzeugt die Lichtquelle einen linearen Lichtstrom für den Wandler 11. Nach Fig. 7a ist der Heizdraht Veine Lampe /so ausgebildet, daß das von einem abstrahlenden Teil des Glühfadens selbst des Projektionssystems 5 in F i g. 1 emittierte Licht als linearer Lichtstrom auf den Wandler 11 auffällt. Das Projektionssystem 5 enthält den reflektierenden Spiegel 2 und eine Linse 3, um die Divergenz direkter Strahlung aus der Lampe 1 zu verhindern. Wenn die Lampe 1 und der Spiegel 2 entsprechend F i g. 7 angeordnet sind, wird ein fast paralleler linearer Lichtstrom auf den Wandler 11 projeziert, so daß der Einsatz von Zylinderlinsen nicht unbedingt erforderlich ist Mit dieser Anordnung iäßt sich eine Verteilung des Lichtstromes erreichen, wie sie in F i g. 3 durch 29 angedeutet ist

Bei der in Fig.7b gezeigten Anordnung ist eine Lampe 1 vorgesehen, die keine Linse trägt. Der Lichtstrom der Lampe 1 wird durch einen Spalt 40 einer Platte 41 emittiert, die auch als Spiegel dienen kann, und wird über eine Kondensorlinse 42 auf das Objekt mit praktisch parallelem Strahlengang projeziert Wenn das in F i g. 7b gezeigte Projektionssystem bei der in F i g. 1 dargestellten Scharfeinstellvorrichtung verwendet wird, ist es wegen des Spalts 40 zur Erzeugung des linearen Bildes erforderlich, eine entsprechende Lage des Wandlers 11 vorzusehen. Das in Fig.7 dargestellte Projektionssystem macht außerdem den Einsatz einer Abschirmung erforderlich, um einen Lichtdurchgang von der Rückseite der Lampe 1 zu verhindern, wobei die Abschirmung so angeordnet werden kann, daß sie als Kondensator dient

F i g. 6 zeigt eine Filmkamera mit einer automatischen Scharfeinstellvorrichtung. Die automatische Scharfeinstellvorrichtung kann als getrennte Einheit an dem Kamerakörper B befestigt sein. Wenn die automatische Scharfeinstellvorrichtung nicht an der Kamera befestigt ist, kann eine manuelle oder elektrische Scharfeinstellung erfolgen. Die Scharf einstellvorrichtung ist in F i g. 6 mit t/angegeben.

Auch wenn die Scharfeinstellvorrichtung Ü an der Filmkamera B befestigt ist, kann eine manuelle Scharfeinstellung erfolgen. Um dies zu erreichen, wird beim Aufsetzen der Scharfeinstellvorrichtung U diese entsprechend mit dem Anschluß der Filmkamera verbunden, während bei einer Trennung dieser Verbindung der Servomotor M auf die Schaltung für die automatische Scharfeinstellung oder die Belichtungsmessung umgestellt wird. Die Filmkamera weist nach

Fig.6 einen Einstellknopf für eine Scharfeinstellung und/oder ein Kabel 31 zum Anschluß des Servomotors M auf; das mit 32 bezeichnete Teil enthält die Spannungsquelle und die elektronische Schaltung der automatischen Scharfeinstellvorrichtung. Mit 33 ist ein vom Servomotor M angetriebenes Getriebe bezeichnet und mit 34 ein Zahnrad zur Verstellung des Objektivs 35. Ein Zahnrad 36 bildet die Verbindung zwischen der Scharfeinstellvorrichtung U und dem Zahnrad 34. Eine Einrichtung 37 zur Befestigung der Scharfeinstellvorrichtung U an dem Kamerakörper B ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß bei Befestigung der Scharfeinstellvorrichtung U am Kamerakörper B das Kabel 31 automatisch angekoppelt wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Automatische Scharf einstellvorrichtung mit einer Strahlungsquelle, die Licht im unsichtbaren Spektralbereich mittels eines Projektionssystems auf ein Objekt richtet, mit einer zwei öffnungen enthaltenden Empfängeroptik, einer photoelektrischen Detektoreinrichtung, wobei die strahlungsempfindliche Ebene senkrecht zur optischen Achse verläuft, und mit einer Antriebseinrichtung, welche die photoelektrische Detektoreinrichtung zusammen mit einem Objektivteil bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß die von den beiden öffnungen (7a¹, 7bt) kommenden Lichtbündel nach Reflexion an einem Spiegel (23) auf einen einzigen photoelektrischen Wandler (11) gerichtet werden, daß vor dem photoelektrischen Wandler (11) eine Abdeckblende (20) mit einem Spalt angeordnet ist, dessen Breite sich entlang der durch die beiden öffnungen gegebenen Richtung ändert, und daß ein Zerhacker (24) vorgesehen ist, der abwechselnd eines der von den beiden öffnungen (7a', 7ti) kommenden Lichtbündel unterbricht, wobei zur Auswertung der beiden auf den photoelektrischen Wandler fallenden Lichtbündel eine Zuordnung abhängig von dem jeweils auffallenden Lichtbündel getroffen ist

2. Automatische Scharfeinstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den beiden öffnungen {7a', 7U) kommenden Lichtbündel an einem Hohlspiegel (23) reflektiert werden.

3. Automatische Scharfeinstellvorrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem photoelektrischen Wandler (11) eine zylindrische Linse angeordnet ist