DE2407105A1 - Stabilisierungsautomatik fuer den anfangswert einer messgroesse - Google Patents

Stabilisierungsautomatik fuer den anfangswert einer messgroesse

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DE2407105A1 DE19742407105 DE2407105A DE2407105A1 DE 2407105 A1 DE2407105 A1 DE 2407105A1 DE 19742407105 DE19742407105 DE 19742407105 DE 2407105 A DE2407105 A DE 2407105A DE 2407105 A1 DE2407105 A1 DE 2407105A1
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Description

Stabilisierungsautomatik für den Anfangswert
einer Meßgröße
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur automatischen Stabilisierung des A^fangswertes einer Meßgröße, vorzugsweise bei der passiven Entfernungs messung mit optischen Abbildungssystemen .
In neuerer Zeit sind passive Entfernungsmesser mit optischen Abbildungssystemen ( ZoB. Objektive von Kameras ) in der Entwicklung, die mit kontrastabhärgigen, lichtempfindlichen Elementen ausgerüstet werden sollen , Der Vorteil derartiger passiver Entfernungsmesser besteht vor allem darin, daß kein Sender ( wie z.B. beim Eadar erforderlich ) benötigt Wird.
Es wird angestrebt, daß derartige passive Entfernungsmesser in einem großen Bereich der Beleuchtungsstärke von mehreren Zehnerpotenzen zuverlässig funk tionsfähig bleiben ·
Hier tritt insbesondere bei Anordnungen, die ohne mechanisch schwingende Elemente arbeiten sollen und deshalb den Vorteil größerer Einfachheit und erheblich geringeren Aufwandes besitzen, infolge der hier erforderlichen Gleichspannungs verstärkung das Problem der Stabilität des Anfangswertes in den Vordergrund .
Der Anfangswert der Meßgröße sollte z.B. bei extrem unscharfem Bild, d.h. für einen Feinkontrast, k = 1 , auf einer" vorgegebenen Größe (z.B. Null Volt ) stabil gehalten werden können, so daß während der Messung mit zunehmender Bildschärfe, d.h. wachsendem Peinkontrast k > 1 , die Meßgröße einen definier ten Vert erreicht .
Dem Streben nach konstantem Anfangswert stehen in der Praxis eine Reihe von unerwünschten Fehlerspannungsquellen entgegen . So z.B. verschiebt die Offset Spannung des Meß Verstärkers den Anfangswert ·
V/eitere Ursachen sind Restspannungen aus den Spannungst.eilerschaltungen oder Brückenschaltungen der kontrastempfindlichen Elemente in Abhängigkeit von der mittleren Beleuchtungsstärke oder Temperatur oder Betreibespannung oder Alterung von Bauelementen .
Nachdem die aus den kontrastabhängigen Elementen zu erhaltenden Signalspannungen als Meßgrößen 2. Ordnung ( aus nicht linearen Effekten stammend ) insbesondere bei kleinem Feinkontrast außerordentlich klein sind, ist für deren Verwertung zu passiven Entfernungsmessungen eine relativ hohe Gleichspannungs verstärkung erforderlich .
50 9 8 3 5/0 4-1 3
.Der Einsatz derartig hoher vriinschenswerter Signalverstärkung ist jedoch nur d:..nn sinnvoll, wenn bereits am Eingang dieses Signal Verstärkers ein ausreichend hoher " Störabstand " erreicht werden kann, d.h. wenn die oben genannten Restspannungen erheblich kleiner ( mindestens - 2Odb z.B. ) als die hier als Nutz-Signal anzusehende MeSsignalepamrang sind'·.
Gep;enstand der vorliegenden Erfindung ist eine neuartige Anordnung zur automa tischen Stabilisierung des Anfangswertes der Meßgröße, mit deren Hilfe erstmals eine zuverlässige passive Entfernungsmessung auch bei kleinem Feinkontrast und in einem sich über mehrere Zehnerpotenzen erstreckenden Bereich der mittleren Beleuchtungsstärke ( " Helligkeitsumfang " ) erreicht werden kann .
Die erfindungsgemäße Anordnung zur automatischen Stabilisierung des Anfangs — wertes einer Meßgröße, vorzugsweise der Ausgangsgröße von passiven optischen Entfernungsmessern, ist dadurch gekennzeichnet, daß vor der selbsttätigen Entfernungsmessung der Anfangswert auf eine vorgegebene Größe, z.B. Null Volt t durch die gleichzeitige Anwendung der beiden folgenden Maßnahmen automatisch gehalten wird :
a. Gewinnung eines Korrektursignals aus dem vom Sollwert abweichenden Wert der Ausgangsgröße und Speicherung dieses Korektursignals während der nachfolgen — den Entfernungsmessung in z.B. einem Kondensator vorzugsweise am Eingang des Meßsignalverstärkers ;
b; Einbringen eines? Mattscheibe oder Zusatzlinse in den optischen Strahlengang zwischen Objektiv und kontrastabhängige, lichtempfindliche Elemente zur Herabsetzung des Feinkontrastes auf nahezu k = 1 während dieser auto matischen Nullstellung .
Die detaillierte Erläuterung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt anhand der folgenden Figuren 1 - 6 .
FIG. 1 zeigt die grundsätzliche Anordnung aus einem Objektiv 1, das von dem hier nicht dargestelltem Gegenstand bei richtiger Entfernungseinstellung in der Ebene der transparenten Trennfolie 2 einer aus den kontrastabhängigen Fotowider ständen 4 und 3 bestehenden mechanisch - optischen Einheit ( entsprechend einer früheren Patentanmeldung)ein reellees optisches Bild erzeugt. Die sehr eng ( wenige Mikrometer ) der Bildebene benachbarten lichtempfindlichen Schichten dieser Fotowiderstände 4 und. 3 erreichen dann z.B.bei dieser optimalen Entfernungseinstellung des Objektivs 1 infolge des dann vorhandenen maximalen ?einkontrastes k>-f Extremwerte ihrer Widerstände .
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In dem angegebenen Beispiel erreicht dann der aus miteinander elektrisch in Serie liegenden lichtempfindlichen Elementarbereichen bestehende Fotowiderstand ( '" Serientyp " ) einen maximalen Widerstandswert, v/ährend der z.B. aus zueinander elektrisch parallel liegenden Elementarbereichen bestehende Foto widerstand 3 (" Paralleltyp ") in an sich bekannter Weise bevorzugt mit einem Exponenten U > Ί seiner Widerstansabhängigkeit von der Beleuchtungsstärke
[a]
dann einen minimalen Widerstandswert erreicht .
Bei einer gemäß I1IG, 2 z.B. gewählten Spannungsteileranordnung mit dem Foto — widerstand 4 als Vorwiderstand und dem Fotowiderstand 3 als Ableitwiderstand ergibt sich dann für die von diesem Teiler unterteilte Spannung ein Minimalwert.
Zur Erzielung einer weitreichenden Unabhängigkeit des Spannungsteilerverhä]# — ΛΑ Ο
nisses -^-—- des Teilers ( 3i4 ) von der mittleren Beleuchtungsstärke B
sollten die Exponenten ( V 'S ι ¥ ψ ) der Kennünien mit den Koeffizienten ( L. ; A. ) :
beider Fotowiderstände miteinander übereinstimmen und vorzugsweise größer als 1 sein
/3 - r* > 1
Die Gleichheit It' — ]A^ kann z.B, durch eine gemeinsame Herstellung beider Fotowiderstände im selben Aufdampfungsprozeß realisiert werden.
Dann gilt :
«3
^3
«3
B3 +
Diese am Teilerpunkt , d.h. am Terbindungspunkt der Fotowiderstände 3 "und 4 im Vergleich zum Zustand sehr geringer Bildschärfe, d.h. einem Feinkontrast von nahezu k = 1 , auftretende Spannungsänderung, bildet die Meßsignalspannung am Eingang des Meßsignal Verstärkers 5 .dessen Aus gangs spannung z. B. einer Anzeige vorrichtung 6 zugeführt wird ·
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In einer anderen Schaltungsvarianten der erfindungsgemäßen Anordnung kann der aus den Fotowiderständen ( 3 Ά ) bestehende Spannungsteiler z.B. in an sich bekannter Weise im Gegenkopplungszweig des Operationsverstärkers 7 liegen derart, daß z.B. der Fotowiderstand 4 ( " Serientyp ") zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang und der Fotowiderstand 3 ( " Paralleltyp" ) ewisohen dem invertierenden Eingang und Masse zu liegen kommen .
In FIG. 2 ist bei grundsätzlich gleicher Anordnung wie in FIG.1 der schaltungs technische Aufbau des Meßsignalverstärkers 5 in· einem Anwendungsbeispiel wieder — gerben.
Hier besteht der Meßsignalverstärker aus dem Operationsverstärker 7» dessen nicht invertierendem Eingang die oben genannte Meßsignalspannung zugeführt wird und dessen invertierendem Eingang einerseits über die Widerstände (8;9*10.) ei*1 Gegenkopplungssignal zur Festlegung der gewünschten Gesamtverstärkung und anderer -seits über den Widerstand 11 das im Speicherkondensator 12 vorhandene Korrektur signal zugeführt werden.
Zur automatischen Stabilisierung des Anfangswertes gewinnt der zusätzliche Operationsverstärker 13 f dessen nicht invertierendem Eingang die Ausgangsspannung des Meßsignalverstärkers 7 und- dessen invertierendem Eingang über die Widerstände (14;15) das Gegenkopplungssignal zur Festlegung der gewünschten Spannungsverstär kung des Verstärkers 13 zugeführt werden, bei geschlossenem Schalter S ( 16) das dem Speicherkondensator 12 dann zugeführte Korrektursignal . Infolge der hohen Schleifenverstärkung der bei geschlossenem Schalter S wirksam werdenden zusätzlichen Gegenkopplung des Meßsignalverstärkers 7 über den Operationsverstärker 13 wird die Meßsignalausgangsspannung auf einen extrem niedrigen Wert von nahemi Null herabgesetzt.
Damit dieser extrem niedrige Anfangswert mit dem Zustand eines sehr niedrigen Feinkontrastes von nahezu k = 1 zusammenfällt, sollte erfindungsgemäß gleich zeitig während des geschlossenen Zustandes des Schalters S durch Einbringen einer Mattscheibe M oder Zusatzlinse entsprechend FIG. 3 in cLen Strahlengang zwischen dem Objektiv 1 und den kontrastabhängigen Fotowiderständen 3 "und 4 die Bildschärfe am Ort dieser Widerstände stark herabgesetzt werden, wobei die mitt lere Bildhelligkeit in etwa derjenigen bei Abwesenheit der Mattscheibe und damit während des Messens tatsächlich vorhandenen entspricht . Durch diese Maßnahme wird die automatische Nullstellung des Anfangswertes der Meßgröße am Ausgang für die gerade vorhandene mittlere Bildhelligkeit ,d.h. mittlfere Beleuchtungsstärke, erreicht ■
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FIG, 3 zeigt im Prinzip die gleiche Anordnung wie PIG. 1, jedoch zusätzlich .mit der oben "beschriebenen Mattscheibe M für den Zeitpunkt, bei dem der Schal 'ter S geschlossen ist und damit der Anfangswert automatisch stabilisiert wird.
PIG, 4 zeigt im wesentlichen dieselbe Anordnung wie FIC. 2 allerdings bei jetzt ausgeschwenkter Mattscheibe M für den Zustand der passiven Entfernungs — messung, bei dem der Schlater S geöffnet ist und die Korrekturspannung1 im Speicherkondensator 12 vorhanden ist .
PIG. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der gesamten Elektronik für einen sich selbständig einstellenden passiven Entfernungsmesser ( "Automatische Fokussierung " ) bei Anwendung der erfindungsgemäßen automatischen Stabili — sierung des.Anfangswertes für das Meßsignal .
Hier werden zwei Paare ( 3»4 ) ( 3' 5 41 ) v°n kontrastempfindlichen Foto widerständen mit den gemäß FIG8 2 eingangsseitig verbundenen beiden getrennten Meßsignalverstärkern ( 7} 7' ) verwendet.
Räumlich sind die beiden Paare von Fotowiderständen z.B. mit einem halbdurch — lässigen Spiegel 24 gemäß FIG. 6 als Strahlenteiler in unterschiedlichen Mittelpunktsabständen ( -£ bzw. ■£ t cf) angeordnet.
Bei richtiger Entfernungseinstellung des Objektivs 1 entsteht dann das reelle Bild z.B. um -ψ- hinter der Symmetrieebene von ( 3>4 ) und um -sr- von der Symmetrieebene von ( 3f » 41 ) » so daß bei beiden Paaren eine etwa gleich große " Unscharfe " auftritt und die dann etwa gleich großen Teilerverhält nisse beider Spannungsteiler sich z.B. in der Mitte ihres Yariationsbereiches in Abhängigkeit vom Peinkontrast befinden «,
In diesem Fall bleibt die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 17 etwa auf'Nullpotential, so daß sämtliche Transistoren gesperrt bleiben und der Servomotor stehen bleibt .
Wird nun die tatsächliche Entfernung des Objektes vom Objektiv kleiner als oben angenommen, so ändern sich die beiden Teilverhältnisse gegenläufig derart, daß z.B, für das Paar ( 3>4 ) das Teilerverhältnis infolge geringen Feinkontrastes zunimmt und für das Paar ( 3' 5 41 ) das Teilerverhältnis infolge größeren Feinkontrastes abnimmt .
Diese jetzt unterschiedlichen Teilerverhältnisse erzeugen an den Ausgängen der Verstärker ( 7> 7' ) verschiedene Spannungen und damit am Ausgang des Differenzverstärkers 17 ein wesentlich von Null verschiedenes , z.B. positives Signal , .
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cas die Transistoren 19 und 21 öffnet und den Servomotor 23 in eine solche Drehrichtung antreibt, daß das Objektiv 1 von diesem Motor in Richtung optimale Bildschärfe automatisch nachgestellt wird , :
Für den Fall einer im 'Vergleich zur momentanen Objektiveinstellung zu großen Entfernung dee Objektes vom Objektiv sind die Rollen sinngemäß vertauscht, so daß die dann wesentlich negative Ausgangsspannung des Differenzverstärkers hier die Transistoren 20 und 22 öffnet und damit den Servomotor 23 in die entgegengesetzte Drehrichtung antreibt „
Dar- Objektiv wird dann in die hier entgegengesetzte Richtung für optimale Bildschärfe automatisch nachgestellt .
Vor dem automatischen Einstellen der Entfernung sollten erfindungsgemäß der Schalter S (i6 ) geschlossen und die Mattscheibe M in den optischen Strahlen — gang gebracht werden, so daß die für die Stabilisierung des Anfangswertes erfor derliche Korrekturspannung am Ausgang des Verstärkers 13 im Kondensator gespeichert werden kann .
Dann ist erstmals eine exakte automatische passive Entfernungsmessung und damit Scfr^afeinsteilung des Objektivs auch für kleine Feinkontrastwerte , wie sie bei z.B. Portrait - Aufnahmen häufig vorhanden sind , möglich.
Die gesamte Elektronik kann ohne Schwierigkeiten in einem integrierten Schalt — kreis untergebracht werden .
FIG. 6 gibt eine Übersicht über sämtliche an der automatischen passiven Ent femungseinstellung beteiligten Elemente mit der Schaltung 25 entsprechend FIG. 5i der Linse 1 , dem halbdurchlässigen Spiegel ( oder Prisrca ) 24, den beiden Paaren (3»4}(3'»4') von kontrastabhängigen Fotowiderständen und dem Servomotor 23 wieder .
Die liattscheibe M sollte erfindungsgemäß mechanisch mit dem Schalter S ge koppelt sein .
Bei Filmkameras sollte diese Mattscheibe M z.B. als rotierender Sektor ausgebildet sein und periodisch den Strahlengang durchlaufen, wobei dann gleichzeitig der Schalter S ( synchron dazu ) geschlossen werden sollte .
Dann ist auch bei Szenenwechsel mit sehr unterschiedlichen mittleren Beleuch — tungsstärken eine zuverlässige automatische Scharfeinstellung gewährleistet
Villingen ,11.2.74.
( Dr. Hansrichard Schulz )
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Claims (11)

  1. •r
    Patentansprüche .
    zur automatischen Stabilisierung des Anfangswertes einer » verssu-SHWöiscj des» AusganfjBefpBiao von' päBoivpn op-biiaahön Kftt «· fernungsmessern, dadurch gekennzeichnet, daß vor der selbsttätigen Entfernungsmessung der Anfangswert auf eine vorgegebene Größe, z.B. Null Volt, durch die gleichzeitige Anwendung der beiden folgenden Maßnahmen automatisch gehalten wird :
    a ) Gewinnung eines Korrektursignals aus dem vom Sollwert abweichenden Wert der Ausgangsgröße und Speicherung dieses Korrektursignals während der nachfolgenden Entfernungsmessung in z.B. einem Konden sator vorzugsweise am Eingang des Meßsignalverstärkers ;
    b) Einbringen einer Mattscheibe oder Zusatzlinse in den optischen Strahlengang zwischen Objektiv und kontrastabhängige, lichtempfindliche Elemente zur Herabsetzung des Feinkontrastes auf nahezu k = 1 während dieser automatischen nullstellung.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1j dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlossenem Schalter S und einer im optischen Strahlengang angeordneten Mattscheibe M bzw. Zusatzlinse die am Ausgang des Meßsignalverstärkers 7 vorhandene Restspannung entweder direkt oder nach einer zusätzlichen Verstärkung im Verstärker 13 über den Schalter S ( 16 ) dem Kondensator 12 zugeführt und von dort zum Eingang des Signalverstärkers 7 im Sinne einer Gegenkopp lung weitergeleitet und- damit auf einen extrem niedrigen Vert nahe Null reduziert wird .
  3. 3. Anordnung nach den Ansprüchen 1-2 dadurch gekennzeichnet, daß für die im Anschluß an die Stabilisierung des Anfangswertes erfolgende Entfer nungsmessung der Schalter s geöffnet, die Mattscheibe M aus dem Strahlen gang entfernt und das im Kondensator 12 gespeicherte Korrektursignal während des Meßvorganges aufrechterhalten bleibt .
  4. 4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter S und die Mattscheibe M im Sinne der in den Ansprüchen 1-3 angegebenen Funktion miteinander mechanisch gekoppelt sind.
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    24Ö7105
  5. 5· Anordnung nach den Ansprüchen 1 - \f dadurch gekennzeichnet, daß für Filmkameras die Mattscheibe zur periodischen Stabilisierung des An fangswertes als rotierende " Sektorenblende " ausgeführt ist und der Schalter S synchron zu der Rotationsbewegung in dem Zeitintervall^einge schaltet wird, in dem sich der Mattseheibensektor im Strahlengang awisohen Objektiv und kontrastabhängigen Fotowiderständen befindet.
  6. 6. Anordnung nach den Ansprüchen 1-5. dadurch gekennzeichnet, daß ein passives A^standsmeßgerät beim Über - oder Unterschreiten eines vorge — wählten Sollabstandes oder Grenzwertes ein akustisches oder optisches Warn — signal oder einen Bremsvorgang auslöst .
  7. 7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 — 6f dadurch gekennzeichnet, daß eine automatische Entfernungseinstellung von Objektiven gemäß den Figuren FIG. 5 und 6 aus zwei in der optischen Achse um einen kleinen Betrag cT gegeneinander versetzten Paaren ( 3>4 ) ( 3' > 4' ) von kontrastabhängi gen Fotowiderständen mit zugehörigen Signalverstärkern ( 7 j 71 ),einem Differenzverstärker 17, einem Gegentaktverstärker(19;20;21;22) zum An trieb eines Servomotors 23 besteht und einen Verstärker 13 in Verbindung mit dem Schalter S (16) und dem Speicherkondensator 12 zur Stabilisierung des Anfangswertes enthält .
  8. 8. Anordnung nach Anspruch 7.dadurch gekennzeichnet, daß gemäß FIG. 6 die beiden Paare von kontrastabhängigen Fotowiderständen ( 3 »4 ) ( 31 ϊ 41,) das vom Objektiv 1 kommende Licht über einen halbdurchlässigen Spiegel oder ein Strahlenteilerprisma erhalten .
  9. 9. Anordnung nach Anspruch f dadurch gekennzeichnet, daß die Paare von Fotowiderständen als mechanisch - optische Einheiten mit vorzugsweise komplementärer Bifilarstruktur ausgebildet sind .
  10. 10. Anordnung nach Anspruch 7 und 9,dadurch gekennzeichnet, daß die beiden als mechanisch - optische Einheiten ausgebildeten Paare von Fotowider ständen als Kombination optisch nacheinander mit einer dazwischen lie genden transparenten Distanzplatte ausgebildet sind, wobei der halb durch lässige Spiegel 24 bzw. das Strahlenteilerprisma entfallen .
    509835/0413
    24071
  11. 11. Anordnimg nach den Ansprüchen 1-10 dadurch gekennzeichnet , daß die Exponenten ( Jl^ · U^ ) in den Widerstandskenn linien a Q
    -■^"-jTT- } K =-j*
    der gepaarten kontrastabhänglgen iOtovriderstände miteinander über einstimmen und größer als 1 sind t
    /3 - η >
    509835/0413
    Lee to rs e
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