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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen
Scharfeinstellen eines optischen Systems, wobei die Kontraststärken in innerhalb
des Verstellbereichs des optischen Systems liegenden, eine vorgegebene Abbildungsebene
enthaltenden Bildebenen nacheinander wiederholt abgetastet werden und das optische
System in Ab-
hängigkeit vom Abtasten der die maximale Kontraststärke
aufweisenden Schärfeebene gesteuert verstellt wird, bis die Schärfeebene mit der
Abbildungsebene zusammenfällt.
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Ein derartiges Verfahren ist in dem Artikel »Bildschärfe und Automatik,
Methoden und Bedeutung der automatischen Schärfemessung und -einstellung« in der
Zeitschrift »Photo-Technik und -Wirtschaft«, Nr. 6, 1965, S. 246 bis 254, auf der
S. 254 beschrieben. Dabei werden mittels eines sich im Strahlengang des optischen
Systems oder einer Hilfsoptik periodisch vor und zurück bewegenden Kontraststärkefühlers
die Kontraststärken in der jeweils abgetasteten Bildebene gemessen und für sämtliche
abgetasteten Bildebenen als kontinuierliches Pulssignal aufgezeichnet. Solange die
Ebene der höchsten Kontraststärke, d. h. der höchsten Bildschärfe, genau in der
Mitte des Schwingungsweges des Kontraststärkefühlers liegt und somit mit der vorgegebenen
Abbildungsebene, das ist der Filmebene, zusammenfällt, entsteht ein regelmäßiges,
einer Sinusschwingung ähnliches Pulssignal. Die Pulsfrequenz bzw. die Signalform
ändern sich aber, sobald die Ebene der höchsten Kontraststärke aus der Mitte des
Schwingungsweges herausläuft. Durch Vergleich dieser geänderten Signalform und Signalfrequenz
mit dem regelmäßigen Pulssignal wird ein Servomotor für das Objektiv zur Zurückverlegung
der Schärfeebene in die Filmebene gesteuert.
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Demgegenüber werden durch die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Scharfeinstellen eines optischen Systems geschaffen, bei denen der Ort der jeweiligen
Schärfeebene relativ zur vorgegebenen Abbildungsebene nach Größe und Richtung festgestellt
wird und in Abhängigkeit davon die Einstellung des optischen Systems gesteuert wird.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs erwähnten
Art dadurch erreicht, daß ein jeweils beim Durchgang durch die Schärfeebene erhaltenes
Signal an zwei auf unterschiedlichen Seiten der Abbildungsebene liegende Meßstellen
abgegeben wird und die an diesen gemessenen, von dem jeweiligen Abstand der Schärfeebene
zu den Meßstellen abhängigen Ausgangssignale zur Steuerung der Verstellbewegung
verglichen werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein aufwendiger Vergleich
zwischen der Form und Frequenz einer Signalkurve unterbleiben. Das erfindungsgemäß
beim Durchgang durch die Schärfeebene erhaltene kurze Signal ist besser für die
Steuerung der Verstellbewegung geeignet, da es unmittelbar zur richtungsabhängigen
Steuerung der Verstellbewegung des optischen Systems herangezogen werden kann.
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Die Verstellbewegung kann daher von Anfang an gezielt in die richtige
Richtung durchgeführt werden, was insbesondere für Filmkameras wesentlich ist.
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Es werden durch die von Anfang an in die richtige Richtung und nahezu
trägheitslos durchgeführten Einstellbewegungen Unschärfen vermieden, die bisher
insbesondere bei der Aufnahme sich schnell bewegen der oder schnell wechselnder
Objekte durch das bei Vergleich zweier Signalformen relativ unsichere Nachführen
des optischen Systems auftreten können.
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Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens mit einem lichtelektrischen Kontraststärkefühler, der durch innerhalb
des Verstellbereichs des optischen Systems liegende, eine vorgegebene Abbildungsebene
enthaltende Bildebenen nacheinander wiederholt bewegbar ist, und auf das dabei abgegebene
Signal ansprechenden Steuergliedern, durch welche ein Stellglied für das optische
System so steuerbar ist, daß die jeweils die maximale Kontraststärke aufweisende
Schärfeebene der Bildebenen mit der Abbildungsebene zusammenfällt, ist erfindungsgemäß
gekennzeichnet durch einen mit dem Kontraststärkefühler mitbewegten Sender, zwei
ortsfest beiderseits der Abbildungsebene angeordneten Empfängern und deren beim
Durchgang des Kontraststärkefühlers durch die Schärfeebene vom Sender empfangenen
Ausgangssignale vergleichende und das Stellglied in Abhängigkeit vom Vergleichswert
steuernde Steuerglieder.
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Wie an sich bekannt, ist es vorteilhaft, das Stellglied mit einem
elektrischen Reversiermotor zu steuern. Gegebenenfalls kann die Verstellbewegung
jedoch auch mechanisch von der Bewegung einer Auslösetaste abgeleitet sein.
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Erfindungsgemäß kann der Kontraststärkefühler ein quer zur optischen
Achse periodisch bewegbarer Fototransistor sein. Ein derartiger Kontraststärkefühler
ist nicht nur für die bevorzugte Lösung geeignet, bei welcher eine vorgegebene Abbildungsebene
in der Mitte enthaltende Bildebenen periodisch nacheinander abgetastet werden, sondern
er eignet sich auch für Ausführungsformen, bei denen er in einer der vorgegebenen
Abbildungsebene entsprechenden Bildebene verbleibt und die in vorgegebener Richtung
aus einer der beiden Extremstellungen des optischen Systems ablaufende Verstellbewegung
anhält, sobald er dabei das Kontraststärkemaximum feststellt. Aus der oben angegebenen
Druckschrift an sich bekannt ist es in diesem Zusammenhang, eine Spaltblende vor
einer Fotozelle quer zur optischen Achse hin und her zu bewegen (vgl. auch DT-PS
10 87 372).
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Eine gegenüber dem schwingenden Fototransistor einfachere Lösung
bei gleichzeitig höherer Meßgenauigkeit wird aber erfindungsgemäß dann erreicht,
wenn der Kontraststärkefühler mehrere über die Abtastfläche hin verteilt angeordnete
Fotoelemente aufweist, die von einer Taktsteuereinrichtung zyklisch nacheinander
abrufbar sind. Auch ein derartiger Kontraststärkefühler ist nicht auf die Kombination
mit einer periodischen Abtastung mehrerer eine vorgegebene Abbildungsebene in ihrer
Mitte enthaltender Bildebenen beschränkt, sondern kann auch mit Vorteil für nach
anderen Prinzipien arbeitenden Meß-und Einstellvorrichtungen für das optische System
angewendet werden. Ein derartiger aus mehreren zyklisch nacheinander abrufbaren
Fotoelementen aufgebauter Kontraststärkefühler hat den Vorteil, daß als Ausgangssignal
unmittelbar ein Wechselstromsignal erzeugt wird. Außerdem kann mit Hilfe der Monolith-Technik
erreicht werden, daß alle auf ein Basismaterial wie Silizium diffundierten Foto
elemente gleiche Arbeitspunkte sowie Kennlinien erhalten, so daß auch geringste
Helligkeitsunterschiede festgestellt und zur Steuerung der Verstellung des optischen
Systems ausgewertet werden können. Gleichzeitig ist das Auflösungsvermögen groß.
Es lassen sich daher auch sehr schwache Kontraste eines projizierten Bildes noch
auswerten.
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Um den Platzbedarf einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zu minimieren,
sind bevorzugt der Kontraststärkefühler sowie Steuer- und Auswertglieder, wie einem
Taktumschalter mit zugehörigem Taktgenerator und einem Verstärker im Falle eines
Kon-
traststärkefühlers aus mehreren zyklisch nacheinander abgerufenen
Fotoelementen oder einem die Schwingbewegung des Fototransistors steuernden Oszillator
und einem Operationsverstärker sowie Leistungselektronik zur Steuerung eines Stellmotors
und dessen Stopautomatik im Falle eines quer zur optischen Achse periodisch bewegbaren
Fototransistors, als integrierte Schaltung ausgeführt. Diese kann in einer an sich
bekannten Gehäuseform, wie einem Flat-pack-, Dual-inline-, oder TO 5-Gehäuse mit
einer kleinen Aussparung untergebracht werden, in welcher - mit durchsichtigem Lack
geschützt -der Kontraststärkefühler angeordnet ist. Diese Gehäuseformen haben neben
ihrem geringen Platzbedarf den Vorteil, daß sie mit Hilfe einfacher Steckverbindungen
eingebaut werden können.
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In der bevorzugten Lösung wird die Steuerung des Stellglieds vom
Beginn der Entladung eines Kondensators abgeleitet. Im erwähnten Stand der Technik
(S. 252, rechte Spalte, zweitletzter Absatz) ist es beispielsweise bekannt, den
Zustand der Maximalschärfe über eine zweistufige Differenzierung durch Erhalten
eines Nullstroms festzustellen, bei dessen Auftreten ein Stellmotor angehalten wird.
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Zur Hin- und Herbewegung des Kontraststärkefühlers und gegebenenfalls
des Senders in der bevorzugten Ausführungsform, bei welcher das beim Durchgang durch
die Kontrastschärfeebene erhaltene Signal an zwei ortsfest beiderseits der Abbildungsebene
angeordnete Empfänger abgegeben wird, wird vorzugsweise eine unter dem Antrieb eines
Hubmagneten schwingende Stahlzunge verwendet. Die Hin- und Herbewegung kann jedoch
auch motorisch erfolgen.
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Zur Durchführung des einem Belichtungsvorgang vorangehenden Meß-
und Einstellvorganges wird vorzugsweise eine Auslöseeinrichtung verwendet, die in
zwei Auslösestellungen schaltbar ist, von denen die erste der Auslösung des Meß-
und Einstellvorganges und die zweite Auslösung eines Belichtungsverschlusses zugeordnet
sind. Eine derartige Auslöseeinrichtung kann mit Vorteil so ausgeführt sein, daß
eine die zweite Auslösestellung bis zur Beendigung des Einstellvorganges blockierende
Arretierung vorgesehen ist.
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Als Stellglied für das optische System kann bei Foto- und Filmkameras
beispielsweise der Entfernungs-Einstellring des zugehörigen Objektivs verwendet
werden. Bevorzugt ist das Stellglied, jedoch eine verschiebbare Fassung für das
Objektiv, denn hierdurch kann dieses auch unabhängig von der Einstell automatik
verstellt werden.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann bei Foto- und Filmkameras
unmittelbar in das Kameragehäuse eingebaut sein, damit jedoch Foto- und Filmkameras
mit Wechselobjektiven problemlos mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nachgerüstet
werden können, wird in der bevorzugten Lösung die erfindungsgemäße Vorrichtung komplett
in einem Zwischenadapter angeordnet, welcher eine Anschlußfassung für die Wechselobjektivfassung
des Kameragehäuses, die das Stellglied bildende verschiebbare Fassung für das Wechselobjektiv,
ein Prisma zur Erzeugung eines Nebenstrahlengangs, in welchem der Kontraststärkefühler
angeordnet ist, eine den durch Zwischenschaltung des Zwischenadapters vergrößerten
Abstand des Objektivs von der Filmebene im Kameragehäuse ausgleichende Ausgleichsoptik
sowie eine mit den Verschlußauslösegliedern im Kameragehäuse kuppelbare Auslöseeinrichtung
aufweist.
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Außerdem können in den Zwischenadapter ein Stellmotor für die Verstellung
der verschiebbaren Fassung sowie Batterien zur Versorgung der Meß- und Einstellglieder
eingebaut werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein den Arbeitspunkt
des Kontraststärkefühlers in Abhängigkeit von den Belichtungsfaktoren konstant haltender
Kompensator vorgesehen. Solche Belichtungsfaktoren können die Empfindlichkeit des
verwendeten Filmmaterials oder aber auch die Einstellwerte der Blende und der Verschlußzeit
sein. Durch den Kompensator wird die ständige Störgröße ausgeregelt. Er ist vorzugsweise
ebenfalls in dem integrierten Schaltkreis untergebracht.
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Die Erfindung wird im folgenden durch in der Zeichnung dargestellte
bevorzugte Ausführungsbeispiele erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 einen
Schnitt durch einen Fotoapparat mit einer Einstellautomatik zur Verstellung des
Objektivs, Fig.2 eine typische durch Abtastung über den Verstellbereich des optischen
Systems hin erhaltene Kontraststärkekurve, F i g. 3 ein Blockschaltbild für die
Schaltung einer erfindungsgemäßen Einstellvorrichtung, Fig. 4 eine Innenschaltung
des in Fig.3 durch gestrichelte Umrahmung angedeuteten integrierten Schaltkreises,
F i g. 5 eine gegenüber derjenigen in F i g. 1 abgewandelte Ausführungsform, Fig.
6 eine als Zusatzgerät für Foto- und Filmkameras mit Wechselobjektiv ausgebildete
Vorrichtung, F i g. 7 ein Prinzipschaubild für die Steuerung der Verstellbewegung
des optischen Systems, F i g. 8 ein gegenüber demjenigen in F i g. 3 abgewandeltes
Blockschaltbild zum Treiben eines ein Schärfesignal aussendenden Senders, F i g.
9 eine gegenüber derjenigen in F i g. 8 erweiterte Schaltung, Fig. 10 ein Prinzipschaubild
ähnlich wie das in Fig. 7 und Fig. 11 und 12 eine Vorderansicht und eine Seitenansicht
einer von einem Elektromagnet hin und her bewegbaren Stahlzunge mit einem darauf
angeordneten schwingenden Fototransistor.
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Unter der Mattscheibe 1 im Fotoapparat gemäß F i g. 1 ist ein zusätzliches
Glasprisma 2 im geometrischen Mittelpunkt der Mattscheibe untergebracht, durch welches
die vom Objektiv 3 über einen Spiegel 4 projizierten Lichtstrahlen um 900 auf einen
Kontraststärkefühler 5 umgelenkt werden, welcher in einer integrierten Schaltung
6 untergebracht ist. Unterhalb des Objektivs 3 ist im Kameragehäuse ein Stellmotor
7 angeordnet, welcher über eine Antriebswelle 8 ein Ritzel 9 antreibt, das mit einem
Zahnkranz 10 am Entfernungsstellring des Objektivs 3 in Eingriff steht. Ferner ist
als Spannungsquelle - eine Nickel-Cadmium-Batterie 11 zusammen mit einer integrierten
Schaltung und elektrischen Bauelementen 12 als Leistungselektronik für den Stellmotor
und seine Stopautomatik im Kameragehäuse untergebracht. Die Spannungsquelle sowie
die oben beschriebenen Bauteile können ohne Schwierigkeit fast in jeden Kameratyp
eingebaut werden. Der Stellmotor kann auch seitlich des Objektivs untergebracht
werden.
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Im dargestellten Fall besteht der Kontraststärkefühler aus einer
weiter unten noch beschriebenen Fotodiodenmatrix. In einer abgewandelten Ausführungsform
kann als Kontraststärkefühler 5 auch ein auf einer schwingenden Stahlzunge untergebrachter
Fototransistor vorhanden sein, wie im Zusammen hang mit den Fig. 11 und 12 noch
erläutert. Auch hierbei kann die Schaltung komplett monolithisch integriert in einem
IC-Dual-inline-Gehäuse untergebracht werden, in welchem folgende Schaltungen vorhanden
sind: ein Oszillator für die schwingende Stahlzunge, auf der sich der Fototransistor
befindet, und ein Operationsverstärker, der zur Verstärkung (Wechselstromverstärkung)
des Fototransistors dient, sowie Leistungselektronik für den Stellmotor und seine
Stopautomatik. Die schwingende Stahlzunge, auf der sich der Fototransistor befindet,
wird oberhalb des Objektivs 3 im Fotoapparat untergebracht.
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Der schwingende Fototransistor kann auch im Zusammenhang mit Filmkameras
verwendet werden.
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Das Scharfeinstellsystem mit einem schwingenden Fototransistor arbeitet
in folgender Weise: Das über das Glasprisma 2 umgelenkte Bild wird von dem mit 500Hz
schwingenden Fototransistor abgetastet, der bei voller Schärfe eine Art einzeiliges
Videosignal liefert. Dieses Signal wird auf einen Wechselstromverstärker geleitet.
Nach Auswertung wird es auf einen Operationsverstärker hoher Leistung gebracht,
welcher den die Linsenverstellung der Kamera mechanisch bewerkstelligenden Motor
für eine Vorwärts- bzw. Rückwärtsbewegung ansteuert.
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Ein scharf eingestelltes Bild weist lichtmäßig scharfe Kontraste
auf. Die Kontrastschärfe wird jedoch schwächer, je unschärfer das eingestellte Bild
wird. Dies bedeutet, daß bei der schärfsten Einstellung der Kamera der horizontal
schwingende Fototransistor die größten Wechselspannungssignale liefert. Hingegen
nimmt das Wechselspannungssignal in Richtung völliger Unschärfe immer mehr ab. Bei
der Verstellung des Objektivs liefert somit der Ausgang des Wechselspannungsverstärkers
eine Kennlinie wie in F i g. 2, wo die Kontraststärke über den Verstellbereich des
Objektivs von der Naheinstellung bis zur Unendlicheinstellung dargestellt ist. Wenn
man annimmt, daß das Objektiv auf ein Objekt in 3 m Entfernung vor der Kamera scharf
eingestellt ist, steigt die Kennlinie bei 3 m an und fällt nach 3 m genauso stark
ab. Das aus dem Wechselspannungsverstärker kommende Signal wird gleichgerichtet
und geglättet und auf einen Impedanzwandler geführt. Damit erhält man die Schärfekurve
nach F i g. 2. Dieses Signal wird auf einen Kondensator, der am Eingang des Operationsverstärkers
liegt, zugeführt. Solange das Signal ansteigt, wird der Kondensator geladen. Nach
Erreichen des höchsten Punktes der Kennlinie polt sich die Ladung des Kondensators
um, da die Kennlinie abfällt. Dieser Moment wird ausgenutzt, um den Stellmotor zu
stoppen.
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Beim Fotografieren läuft der Einstellvorgang wie folgt ab: Beim Drücken
der Auslösetaste des Fotoapparates läuft der Entfernungseinstellring von der Naheinstellung
(50 cm) in Richtung zur Unendlichstellung, wobei im Beispiel bei 3 m der Stellmotor
abgestoppt wird. Hierdurch werden vollautomatisch die Blendenverstellung und anschließend
der Verschluß ausgelöst. Nach Betätigung des Verschlusses läuft der Einstellring
des Objektivs wieder in die Ausgangsstellung, d. h. in die Naheinstellung. Danach
kann der Vorgang wiederholt werden. Die Vor-und Rückwärtsbewegung des Einstellrings
des Objektivs kann auch durch die mechanische Energie der Auslösetaste bewirkt werden.
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Der schwingende Fototransistor sowie sein zugehöriger Oszillator
können weggelassen werden, wenn wie in F i g. 3 eine quadratische Fotodiodenmatrix
hergenommen wird, die z. B. mit 5 5 Fotodioden auf einer quadratischen Fläche mit
der Kantenlänge 1,5 mm bestückt ist. Die Fotodioden der Fotodiodenmatrix 13 werden
der Reihe nach von 1 bis 25 mit 250 kHz über einen elektronischen Taktumschalter
15 mit zugehörigem Taktgenerator für 250 kHz abgerufen. Bei unterschiedlicher Beleuchtung
der einzelnen Fotodioden (kontrastreiches Bild) bekommt man ständig ein Signal aus
25 verschiedenen Helligkeitswerten. Wie im Zusammenhang mit dem schwingenden Fototransistor
angedeutet, geht das Signal auf einen Operationsverstärker 16 und wird anschließend
gleichgerichtet und geglättet. Dieses geglättete Signal geht auf eine Schwellwert-
und Kippschaltung 17, deren Schwellwertschalter aus einem Operationsverstärker besteht,
dem ein Kondensator vorgeschaltet ist, der automatisch beim höchsten Punkt des Schärfe-IST-Wertes
umgeladen wird und dadurch einen elektronischen Schalter 18 zur Abschaltung des
Stellmotors auslöst. Das Abstoppen des Stellmotors geschieht bei sehr starkem Unterschied
in den Helligkeitswerten der Fotodioden. Mit 19 ist in F i g. 3 ein Kontakt bezeichnet,
der durch die Auslösetaste betätigt wird. 20 bezeichnet einen Leistungsoperationsverstärker
für den Stellmotor. 21 und 22 sind Endschalter bei der Unendlichstellung bzw. der
Naheinstellung des Objektivs.
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Wie durch die gestrichelte Linie IC in F i g. 3 angedeutet, können
die davon umschlossenen Bauelemente zu einer integrierten Schaltung zusammengefaßt
werden. Die Fotodiodenmatrix kann auch monolithisch integriert auf dem Schaltungsbaustein
untergebracht werden.
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Die Innenschaltung der integrierten Schaltung ist aus F i g. 4 ersichtlich.
Die Fotodioden D 1 bis D 25 sind mit 15-MOhm-Widerständen R1 bis R 25 in Serie geschaltet,
die als Lastwiderstände dienen. Jeweils zwischen den FotodiodenD und dem Widerstand
R wird über MOS-Analogschalter M 1 bis M 25 das Signal der Dioden auf den Operationsverstärker
16 geschaltet. Die MOS-Analogschalter werden von einem Decodierer 23 angesteuert,
welcher 25 Ausgänge aufweist. Der Decodierer bekommt seine Signale von 5 bistabilen
Kippstufen, die als Serienzähler geschaltet sind (Asynchronzähler) und mit einem
Takt von 250 kHz vom Taktgenerator 14 angesteuert werden. Mit 24 ist in Fig.4 der
Ausgang des Operationsverstärkers 16 bezeichnet.
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Der in F i g. 5 gezeigte Fotoapparat entspricht im wesentlichen der
in F i g. 1 gezeigten Ausführung, wie durch die entsprechenden Bezugszeichen angegeben.
Auch in F i g. 5 ist als Kontraststärkefühler 5 eine integrierte Schaltung 6 mit
einer Fotodiodenmatrix verwendet. Abweichend von F i g. 1 wird durch den Stellmotor
7 jedoch nicht der Entfernungseinstellring des Objektivs 3 verstellt, sondern eine
in einer entsprechenden Führung 25 am Kameragehäuse verschiebbar geführte Objektivfassung
26, die mit einer Schraubfassung für das Objektiv 3 versehen ist.
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Die Verstellung der Objektivfassung 26 geschieht über eine Spindel
27 und eine Gewindehalterung 28,
die an der Objektivfassung 26 befestigt
ist. Die Schraubfassung für das Objektiv 3 ist mit 29 bezeichnet.
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Die Anordnung einer gesonderten verstellbaren Objektivfassung 26
hat gegenüber der Verstellung des Objektivs über den Entfernungseinstellring den
Vorteil, daß übliche Objektive auf die Objektivfassung aufgeschraubt werden können
und nicht zusätzliche Spezialobjektive mit Zahnkranz od. dgl.
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verwendet werden müssen.
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Bei der Ausführung nach Fig. 5 wird die Objektivfassung 26 durch
den Stellmotor 7 für eine Bewegung von der Unendlichstellung des Objektivs in Richtung
zur Naheinstellung bewegt. Bei Fotoapparaten mit Wechselobjektiven sollte die Ausgangseinstellung
des Objektivs immer in der Unendlicheinstellung bleiben, damit der Fotoamateur auch
manuell seine Einstellung von Unendlich bis zur Naheinstellung am Objektiv bewerkstelligen
kann.
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Die Bewegung der Objektivfassung 26 wird durch Herunterdrücken der
Auslösetaste des Fotoapparates ausgelöst. Beim Feststellen des Kontrastschärfemaximums
durch den Kontraststärkefühler 5 wird der Stellmotor7 und damit die Objektivfassung
26 abgestoppt. Durch weiteres Herunterdrücken der Auslösetaste wird die vollautomatische
Blende ausgelöst und anschließend der Verschluß. Nach Betätigung des Verschlusses
(Blitzkontakt) läuft die Objektiv fassung wieder in die Ausgangsstellung, d. h.
in die Unendlicheinstellung für das Objektiv.
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Auch hier kann die Vor- und Rückwärtsbewegung des Objektivs durch
die mechanische Bewegung der Auslösetaste bewirkt werden.
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Während der Foto amateur durch den Sucher sieht, kann er das Bild
mit der Auslösetaste kurz durch Knopfdruck automatisch scharfstellen, ohne zu fotografieren.
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In F i g. 6 ist ein Zwischenadapter dargestellt, welcher zwischen
das Normalobjektiv und das Gehäuse bei Foto- und Filmkameras mit Wechselobjektiv
eingesetzt werden kann. Hierzu ist der Zwischenadapter mit einer als Gewinde ausgeführten
Anschlußfassung 30 versehen, welche auf das Objektivgewinde des Kameragehäuses aufgeschraubt
wird. An der anderen Seite weist der Zwischenadapter wieder eine Objektivfassung
26 auf, die in einer Führung 25 hin und her verschiebbar geführt ist und eine Schraubfassung
29 für das Objektiv aufweist.
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Ferner ist ein Umlenkprisma 31 im Zwischenadapter angebracht, welches
einen Nebenstrahlengang für den Kontraststärkefühler 5 erzeugt. Ferner ist der Zwischenadapter
mit einer zusätzlichen Ausgleichsoptik 32 versehen, die den vergrößerten Abstand
zwischen Film und Objektiv ausgleicht.
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Im unteren Teil des Zwischenadapters sind der Stellmotor 7 für die
Objektivfassung 26, ein Leistungsoperationsverstärker 33 zur Steuerung des Stellmotors,
eine aufladbare Nickel-Cadmium-Batterie zur Spannungsversorgung der Elektronik,
des noch zu beschreibenden 20-Hz-Oszillators und des Stellmotors u. dgl., und ein
an der Objektivfassung 26 befestigter Schlitten 34 untergebracht, der zur Verschiebung
der Objektivfassung 26 mit zwei Schraubgewinden versehen ist, in denen sich die
mit dem Stellmotor 7 verbundene Spindel 27 dreht.
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Für die Verstellbewegung bewegt sich die Schraubfassung 26 wieder
aus der Unendlichstellung in die Naheinstellung. Der Vorgang wird von einer Aus-
lösetaste
36 ausgelöst, die im dargestellten Fall im oberen Teil des Zwischenadapters angebracht
ist. Die von der Auslösetaste 36 ausgelöste Auslöseeinrichtung ist so konstruiert,
daß bei halb eingedrückter Auslösetaste 36 ein Kontakt 37 geschlossen wird, wodurch
die selbsttätige Scharfeinstellung ausgelöst wird. Durch vollständiges Herunterdrücken
der Auslösetaste 36 wird über einen Drahtauslöser 38, der an das Verschlußauslösegewinde
am Kameragehäuse eingeschraubt ist, der Kameraverschluß ausgelöst.
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Bei dem Drahtauslöser 38 handelt es sich um einen Druckpunkt-Drahtauslöser.
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Diese Auslöseeinrichtung kann mit einer Arretierung versehen werden,
die erst bei Stillstand des Stellmotors und somit abgeschlossener Schärfeeinstellung
die Auslösung des Verschlusses ermöglicht.
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Bei dem Zwischenadapter gemäß Fig.6 ist der Kontraststärkefühler
5 auf einem Gestänge 39 angeordnet, welches an einer Stahlfeder 40 sitzt und sich
zur Auf- und Abbewegung des Kontraststärkefühlers 5 unter dem Antrieb eines Hubmagnets
41 oszillierend bewegt. Die Stahlfeder 40 ist in einem Halteblock 42 eingeklemmt.
Die Stahlfeder 40, welche über das Gestänge 39 die Halterung für den den Kontraststärkefühler
5 aufweisenden integrierten Schaltkreis 6 trägt, ist doppelt ausgeführt, um die
Spannung Plus/Minus zur integrierten Schaltung 6 zu leiten. Im unteren Teil des
Zwischenadapters ist noch eine Elektronik 43 zur Steuerung des Hubmagneten 41 und
damit der Auf- und Abbewegung des Gestänges 39 und des Kontraststärkefühlers 5 untergebracht.
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Am Gestänge 39 ist außerdem eine Sendespule 44 befestigt, die sich
zusammen mit dem Kontraststärkefühler 5 bewegt und direkt von der integrierten Schaltung
6 betrieben wird. Beidseitig der Sendespule 44 an der Unendlicheinstellung und der
Naheinstellung entsprechenden Stellen sind ortsfeste Empfangsspulen 45 und 46 angeordnet.
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Die Wirkungsweise des Kontraststärkefühlers 5 aus F i g. 6 wird unter
Bezug auf die Fig. 8 und 10 erläutert. Wie in F i g. 8 gezeigt, ist der Kontraststärkefühler
5 mit seinen zugehörigen Steuerbauteilen zu einer integrierten Schaltung 6 zusammengefaßt.
Diese integrierte Schaltung ist in einem Dual-inline-Gehäuse mit 16 Anschlüssen
untergebracht, in welchem eine 1,5 mm2 große Aussparung vorgesehen ist, die mit
durchsichtigem Lack geschützt ist. In dieser Aussparung befinden sich 25 Fotodioden
in gleichmäßigem Abstand (5 5 Fotodioden). Innerhalb der integrierten Schaltung
6 befinden sich ein elektronischer Taktumschalter 15, durch welche jede der 25 Fotodioden
nacheinander auf den nachgeschalteten Fotoverstärker 16 umgeschaltet wird, wie im
Zusammenhang mit F i g. 4 bereits beschrieben. Der Verstärker 16 ist ebenfalls in
die integrierte Schaltung 6 einbezogen. Diese Schaltung benötigt einen Taktgenerator,
der 250 kHz für die Umschaltung der Fotodioden liefert. Somit wird die Spannung
der 25 Fotodioden 10 000 mal abgegriffen und durch den Verstärker 16 verstärkt,
so daß sich somit bei unterschiedlicher Beleuchtung der Fotodioden am Ausgang des
Verstärkers ein wechselspannungsähnliches Signal ergibt.
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Dies Signal ist bei Abtastung der Schärfeebene am größten. Die Änderung
des Signals ist jedoch davon abhängig, wie stark die Kontraste auf dem projizierten
Objekt sind. Beispielsweise kommt es oft vor, daß etwa bei einer Porträtaufnahme
kontrastschwache
Kleidungen getragen werden oder daß Gebäude mit
ihren fast kontrastlosen Wänden fotografiert werden.
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Für eine funktionierende Scharfeinstellung müssen auch diese schwachen
Kontraste noch ausgemessen werden können. Dies ist mit Hilfe der bevorzugten Fotodiodenmatrix
möglich, denn die Fotodioden können mit Hilfe der Monolith-Technik sämtlich auf
einem Halbleiterplättchen aus einem Basismaterial (Silizium) integriert werden,
so daß bei der Diffusion alle Fotodioden die gleichen Arbeitspunkte sowie Kennlinien
erhalten und somit auch die kleinsten Helligkeitsunterschiede noch festgestellt
werden können.
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Die Meßanordnung im Zwischenadapter gemäß F i g. 6 arbeitet nun auf
folgende Weise: Ein Objektiv von 58 mm Brennweite benötigt bei der Scharfeinstellung
auf Unendlich 58 mm Abstand von der Mattscheibe. Für die Naheinstellung auf ein
50 mm entferntes Objekt muß das Objektiv auf 68 mm Abstand von der Mattscheibe bewegt
werden. Dies ergibt einen Stellbereich von 10 mm zwischen der Unendlicheinstellung
und der Naheinstellung des Objektivs.
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Daher wird der integrierte Schaltkreis 6 mit dem Sichtfenster nach
vorn auf eine sich vor- und rückwärts bewegende Vorrichtung gebracht, deren Bewegungsweg
10 mm beträgt. Die Bewegung wird 20mal in der Sekunde ausgeführt, so daß innerhalb
des Bewegungsweges 20mal die Bildebene mit der größten Kontraststärke, das ist die
Schärfeebene, überstrichen wird. Wie in Fig. 6 gezeigt, kann zur Bewegung der integrierten
Schaltung 6 diese auf einer Stahlzunge 40 angebracht sein. Die Hin- und Herbewegung
kann jedoch auch durch den motorischen Antrieb einer Filmkamera oder bei entfernungsmessenden
Apparaten durch einen zusätzlichen Antrieb bewerkstelligt werden.
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Die Hin- und Herbewegung des Kontraststärkefühlers durch die innerhalb
des Verstellbereichs des Objektivs liegenden Bildebenen hat den Vorteil, daß es
auch in Filmkameras verwendet werden kann, weil hier unabhängig von der Einstellung
des Objektivs ständig ein Schärfeistwert vorhanden sein muß, damit das Objektiv
nachgeführt werden kann. Dies erfordert einen fast trägheitslosen Schärfeistwert
zur ständigen Nachregelung des Objektivs. Durch das ständige Hindurchlaufen des
Kontraststärkefühlers durch die Schärfeebene bei seiner Bewegung wird ein solcher
ständiger Schärfeistwert erhalten.
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In der Ausführungsform nach F i g. 6 oder 10 wird das durch den serienmäßig
abgetasteten Fotostrom der Fotodioden entstehende Signal auf einen reinen Wechselspannungsverstärker
16 gebracht, der als Treiber der Sendespule 44 (vgl. auch F i g. 8) arbeitet. Jedesmal,
wenn sich die Sendespule 44 mit dem Kontraststärkefühler 5 durch die Schärfeebene
bewegt, wird durch die Sendespule das komplette kontrastrcich abgetastete Signal
in der jeweiligen Position innerhalb des Bewegungsweges ausgesendet, bei welcher
das Kontrastschärfemaximum abgetastet wird. Dieses Schärfesignal wird von den sich
am Ende und Anfang des Weges der sich vorwärts und rückwärts bewegenden Sendespule
44 befindlichen Empfangsspulen 45 und 46 empfangen und dort gleichgerichtet und
geglättet. Die beiden Signale von den Empfangs spulen 45 und 46 gelangen direkt
auf den Operationsverstärker 20 für den Stellmotor.
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In den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 20 geht der
Wert, der in der Unendlichstellung empfindlichen Empfangsspule 46 und in den nicht
invertierenden Eingang des Operationsverstärkers geht der Wert, der in der Naheinstellungsposition
befindlichen Empfangsspule 45. Der Operationsverstärker 20 steuert über eine Leistungsendstufe
den Stellmotor. Somit wird die Brennweite des Objektivs mittels der beiden Empfangsspulen,
in Verbindung mit dem Operationsverstärker eine Mittenregelung bildend, ständig
eingeregelt.
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Dies geschieht bei Filmkameras mit Wechselobjektiven durch Verstellung
der für die Objektive vorgesehenen Schraubfassung mittels eines Stellmotors, wobei
das Objektiv auf Unendlich eingestellt bleibt.
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Das System kann auch für ein Gummilinsenobjektiv eingebaut werden.
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Da Filmkameras extrem kurze Brennweiten haben (bei »Super 8« beispielsweise)
braucht die Vor- und Rückwärtsbewegung des integrierten Schaltkreises nicht unbedingt
10 mm zu betragen. Hierdurch kann man die Bewegungsfrequenz erhöhen. Die Vor- und
Rückwärtsbewegung beschränkt sich von der Unendlicheinstellung bis zur Naheinstellung,
gemessen vom Linsenabstand. Wenn sich pro Sekunde das den Kontraststärkefühler tragende
schwingende Teil 20mal hin und her bewegt, wird die Schärfeebene 40mal überstrichen,
so daß 40 Wechselspannungsistwertsignale pro Sekunde erhalten werden.
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Als Gehäuse für den integrierten Schaltkreis können ein sogenanntes
TO 5-Gehäuse, ein Flat-pack-Gehäuse sowie ein Dual-inline-Gehäuse verwendet werden.
Die Gehäuseart und die Anordnung der elektrischen Anschlüsse bleibt dem jeweiligen
Anwendungsfall überlassen. Vorgesehen sind die elektischen Anschlüsse für die Versorgungsspannung,
ein Anschluß für den Takteingang des Oszillators und ein Ausgang für das Fotosignal
sowie ein Kompensationseingang, der den Arbeitspunkt aller 25 Fotodioden in Abstimmung
auf die Empfindlichkeit des verwendeten Filmmaterials oder aber auch die Einstellung
der Blende und der Verschlußzeit immer konstant hält.
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Die Schaltung der F i g. 7 in Verbindung mit Fig. 9 ist ähnlich wie
für die Schaltungen in den Fig. 8 und 10. In den Eingang 47 in Fig. 9 wird das Abtastsignal
von der Fotodiodenmatrix oder einem schwingenden Fototransistor eingegeben und auf
den Wechselspannungsverstärker 16 gebracht.
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Nach Gleichrichtung und Glättung wird das Signal über einen Zerhacker
48, der mit 50 kHz betrieben wird, und einen weiteren Verstärker 49 auf die Sendespule
44 gebracht.
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Wenn man annimmt, daß sich der Kontraststärkefühler 5 und der Sender
44 von der Unendlichstellung bis zu der einer Objektentfernung vom Objektiv von
50 cm entsprechenden Nahstellung pro Sekunde 6mal hin und her bewegen, wird innerhalb
des Verstellbereiches des Objektivs 12mal die Schärfeebene abgetastet, so daß 12
Wechselspannungs-Istwertsignale pro Sekunde erhalten werden. Diese Wechselspannungssignale
werden gemäß F i g. 9 verstärkt und auf die Sendespule 44 gegeben. Jedesmal, wenn
sich der Kontraststärkefühler durch den Schärfebereich entsprechend einer Objektentfernung
von beispielsweise 3 m bewegt, wird durch die Sendespule 44 das komplette kontrastreich
abgetastete Signal in der jeweiligen Position (entsprechend 3 m Entfernung) ausgesendet.
Am Ende und Anfang des Weges
der sich hin und her bewegenden Sendespule
44 befinden sich wieder jeweils eine Empfangsspule 45 und 46, bei der jeweils das
empfangene Signal gleichgerichtet und geglättet wird.
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Diese beiden Signale gelangen wieder direkt auf den Operationsverstärker
20 für den Stellmotor. In den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers geht
der Wert der in Unendlichstellung befindlichen Empfangs spule, und in den nicht
invertierenden Eingang des Operationsverstärkers geht der Wert, der in Nahstellung
befindlichen Empfangsspule. Der Operationsverstärker steuert über eine Leistungsendstufe
den Stellmotor. Die Bildweite des Objektivs wird durch die beiden Empfangs spulen,
die in Verbindung mit dem Operationsverstärker eine Mittenregelung bilden, ständig
eingeregelt.
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Der als Kontraststärkefühler 5 verwendete Fototransistor schwingt
mit 500 bis 700 Hz hin und her
und wird außerdem noch in der Lichteinfallsrichtung
z. B. mittels des Filmtransportmotors vorwärts und rückwärts bewegt.
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In den Fig. 11 und 12 ist der Antrieb für die Schwingbewegung des
Fototransistors 3 gezeigt. Das Halbleiterplättchen des Fototransistors befindet
sich auf einer doppelt ausgeführten Stahlzunge, die außerdem zur Leitung der elektrischen
Energie zwischen Fototransistor und Wechselspannungsverstärker gemäß den Anschlüssen
51 verwendet wird. Die Schwingbewegung der Stahlzunge wird von einem Elektromagnet
52 angetrieben, dessen Spulenanschlüsse 53 zum Ausgang eines 500-Hz-Oszillators
führen. Der magnetische Kreis des Magnetkerns des Elektromagnets wird, wie bei 54
angedeutet, über die Stahlzunge geschlossen.
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Mit 55 ist ein schmaler Lichteintritt für den Fototransistor 3 bezeichnet.