DE2526612A1 - Fotoempfaengeranordnung fuer eine automatische entfernungseinstellung - Google Patents

Description

PATEMTANWÄLTE A. GRÜNECKER

DIPL.-ΙΝΘ.

H. KINKELDEY

□ R.-INQ.

W. STOCKMAIR

DR.-INQ. · AeE(CALTECH)

K. SCHUMANN

DR. RER. NAT. ■ DIPL.-PHYS.

P. H. JAKOB

DlPI ING.

G. BEZOLD

DR. RER. NAT. ■ DIPL-CHEM.

MÜNCHEN

MÜNCHEN

MAXlMlLtANSTRASSE

13. Juni 1975 P 9321

BELL & HOWELL CO.

McCormick Road, Chicago, 111. 60645, USA

Fotoempfängeranordnung für eine automatische Entfernungseinstellung

Die Erfindung betrifft eine optische Einrichtung wie eine fotografische Kamera oder eine Videokamera und bezieht sich insbesondere auf ein System zur automatischen Scharfeinstellung des Objektivs einer Kamera auf ein Objekt, welches aufgenommen werden soll.

Es ist allgemein bekannt, daß Kameras oft eine optische Einrichtung aufweisen, bexspielswexse eine Objektivlinse oder eine Abbildungslinse, weiterhin Elemente, die entlang einer Längsachse

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TELEFON (O89) 23 23βα TELEX Ο5-2938Ο TELEGB4MME MONAPAT

zu dem Zweck bewegbar sind, ein Bild eines Objektes auf einer lichtempfindlichen Oberfläche scharf abzubilden, die innerhalb der Kamera angeordnet ist. Die Scharfeinstellung erfolgt normalerweise von Hand, indem durch eine Drehung oder durch eine axiale Verschiebung eine Hülse entsprechend bewegt wird, welche ein Objektiv umgibt. Die Einstellung dieser Hülse erteilt üblicherweise dem Objektiv eine lineare Bewegung entlang der Längsachse, wie es grundsätzlich bekannt ist. In jüngerer Zeit sind jedoch Einrichtungen geschaffen worden, welche dazu dienen, das Objektiv derart zu bewegen, daß automatisch ein aufzunehmendes Objekt scharf gestellt wird, wodurch die Notwendigkeit entfällt, die das Objektiv umgebende Hülse von Hand einzustellen. Solche automatischen Systeme zur Scharfeinstellung sind sehr zweckmäßig, weil sie die Gefahr vermindern, daß durch menschlichen Irrtum bei herkömmlichen Maßnahmen zur Scharfeinstellung eine Fehleinstellung erfolgt.

Es gibt verschiedene automatische Systeme zur Scharfeinstellung oder zur Entfernungseinstellung. Ein solches System verwendet Triangulationsmethoden, um den Abstand zwischen dem Objekt und dem Objektiv zu bestimmen. Dieses System verwendet eine Einrichtung, um ein Parallellichtbündel über eine Ebene zu schwenken, bis es das aufzunehmende Objekt trifft. Von dem Objekt reflektiertes Licht wird dann einer Einrichtung zugeführt, welche dazu dient, eine elektrische Information zu erzeugen, welche dem Winkel entspricht, unter welchem das reflektierte Licht empfangen wurde. Die elektrische Information wird dazu verwendet, die Einstellung des Objektivs solange zu ändern, bis das ausgewählte Objekt ordnungsgemäß scharf abgebildet wird. Sobald die Linse in dieser Weise eingestellt ist, dient eine Nockeneinrichtung dazu, das Parallellichtbündel daran zu hindern, an dem Objekt vorbeigeschwenkt zu werden, so daß dadurch die Position der Linse fixiert wird. Dies führt zu dem Ergebnis, daß eine weitere Nachstellung nicht ausgeführt werden kann, bis

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die Noekeneinrichtung wieder gelöst ist, "beispielsweise durch Betätigung der Verschlußeinrichtung.

Derartige automatische Systeme zur Einstellung der Entfernung nach dem Stand der Technik sind nicht ohne Nachteile und Probleme. Beispielsweise hindert die Nockeneinrichtung im System allgemein daran, daß die Entfernungseinstellung weiter geändert wird, nachdem auf ein ausgewähltes Objekt scharf gestellt ist. Dies kann jedoch offensichtlich zu Problemen führen, wenn sich der Fotograf dafür entscheidet, anstatt des ursprünglich ausgewählten Objektes ein anderes" Objekt zu fotografieren. Ohne die Nockeneinrichtung würde jedoch der kontinuierlich schwenkende Lichtstrahl an dem ausgewählten Objekt vorbeigeführt, so daß dadurch verhindert wurde, daß automatisch auf dieses Objekt scharf gestellt wird. Weiterhin eignen sich solche Systeme nicht dazu, bei Filmkameras verwendet zu werden, bei welchen für Panoramaaufnahmen oder für Aufnahmen mit wechselnder Handlung eine kontinuierliche Nachstellung auf ein Objekt erforderlich sein kann, welches während des Aufnahmezeitintervalls sich auf unterschiedlichen Abständen vom Objektiv befindet.

Aufgabe der Erfindung ist es vor allem, ein automatisches System zur Scharfeinstellung bzw. zur Entfernungseinstellung zu schaffen, mit welchem die Nachteile bei bekannten Systemen überwunden werden.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß eine fotografische Einrichtung verwendet wird, die eine Einrichtung zur automatischen Bewegung einer Objektivlinse entlang einer Achse zur entsprechenden Entfernungseinstellung auf ein Objekt aufweist. Genauer gesagt, die erfindungsgemäße Einrichtung enthält eine Sendeeinrichtung, welche eine Folge von Lichtsignalen unter einem konstanten Winkel in bezug auf die Achse in Richtung auf

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das Objekt aussendet. Ein Paar von bewegbaren Fotoempfängereinrichtungen ist in der Einrichtung auf Abstand von der Sendeeinrichtung angeordnet und derart ausgebildet, daß sie die von dem Objekt reflektierten Lichtsignale empfangen. Die Fotoempfängereinrichtung ist weiterhin derart ausgebildet, daß sie elektrische Signale erzeugt, welche dem Winkel entsprechen, unter welchem die Lichtstrahlen empfangen wurden. Weiterhin enthält die erfindungsgemäße Einrichtung eine Signalübersetzungseinrichtung bzw. eine Signalwandlereinrichtung, welche derart ausgebildet ist, daß sie die von der Fotoempfängereinrichtung erzeugten elektrischen Signale aufnimmt und ein Differenzsignal erzeugt, welches der Differenz in der Stärke der elektrischen Signale entspricht. Eine mechanische Einrichtung, welche auf dieses Differenzsignal anspricht, dient dazu, die Bewegung des Objektivs bzw. der Linse entlang der Achse auszuführen und weiterhin dazu, eine Bewegung der Fotoempfängereinrichtung hervorzurufen, bis die an jedem Fotoempfänger empfangene Lichtmenge die gleiche ist. Wenn die an jedem Fotoempfänger empfangene Lichtmenge die gleiche ist, wird das Differenzsignal auf einen Minimalwert verringert, welcher anzeigt, daß das Objekt durch das Objektiv scharf abgebildet wird. '

Ein solches minimales Differenzsignal ruft eine minimale Reaktion der mechanischen Einrichtung hervor, so daß dadurch das Objektiv an seiner Stelle bleibt, um die Scharfeinstellung beizubehalten. Wenn jedoch ein Objekt mit einer anderen Entfernung zur Kamera aufgenommen werden soll oder wenn eine Relativbewegung zwischen dem Objekt und der Kamera erfolgt, ändert sich das Differenzsignal in entsprechender Weise. Dadurch wiederum wird die mechanische Einrichtung dazu veranlaßt, das Objektiv so weit nachzustellen, daß wieder eine scharfe Abbildung gewährleistet ißt.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

I'ig. 1 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht einer fotografischen Einrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine verkleinerte schematische Darstellung der fotografischen Einrichtung gemäß Fig. 1, welche schematisch den Weg darstellt, der von einer Folge von Lichtsignalen zurückgelegt wird, welche jeweils zu einem näheren und zu einem weiter entfernten Objekt übertragen werden und von dort wieder reflektiert werden,

Fig. 3 ein Diagramm, welches in teilweise schematischer Darstellung einen Teil der in der Fig. 1 gezeigten fotografischen Einrichtung veranschaulicht, wobei weiterhin teilweise in Form eines Blockdiagramms die elektrische Schaltung gemäß der Erfindung dargestellt ist, und

Fig. 4 bis 6 jeweils ein Schaltschema von Teilen der fotografischen Einrichtung, welche in der Fig. 3 in Form eines Blockschemas dargestellt ist.

Bevor die optische Einrichtung im einzelnen beschrieben wird, erscheint eine allgemeine Erläuterung der Arbeitsweise einer als Beispiel dienenden Ausführungsform angebracht. Kurz gesagt, ein optisches Instrument wie eine Kamera ist mit einer Einrichtung ausgestattet, welche dazu dient, eine Folge von Lichtsignalen zu erzeugen, welche von dem Instrument ausgesandt werden. Diese Folge von Lichtsignalen wird nicht über einen vorgegebenen Bogen geführt, sondern wird unter einem konstanten Winkel in bezug auf eine Längsachse ausgesandt, entlang welcher eine Fokussierungslinse bzw. eine Linse zur Scharfeinstellung bewegt werden kann.

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Die Licht signale, welche mit einer ausgewählten hohen Frequenz pulsierend ausgesandt werden, treffen somit auf ein Objekt auf, welches fotografiert werden soll, wenn die Fokussxerungslxnse in diese allgemeine Richtung weist. Von dem Objekt reflektierte Licht signale von einem Paar von Fotoempfängern aufgenommen, welche nahe beieinander an der Kamera angebracht sind, und zwar auf Abstand von dem Sender. Jeder der Fotoempfänger erzeugt elektrische Signale, welche der Menge des reflektierten Lichtes entsprechen, die empfangen wird. Die elektrischen Signale werden dann einer Signalübersetzungseinrichtung zugeführt, welche ein Differenzsignal erzeugt, welches dem Unterschied in der Stärke zwischen den elektrischen Signalen entspricht, die durch die Fotoempfänger erzeugt werden.

Das Differenzsignal wird über eine elektrische Schaltung einer mechanischen Einrichtung zugeführt, welche einen Elektromotor aufweist. Der Elektromotor ist mit einer Hülse verbunden, welche die Fokussxerungslxnse umgibt, und bei Erregung durch das Differenz signal wird die Linse entlang der Längsachse in Richtung auf eine Stellung bewegt, in welcher auf das Objekt scharf eingestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung, in welcher die Fo to empfänger untergebracht sind, mechanisch mit der Hülse verbunden, wodurch eine Bewegung der Hülse auch eine Bewegung der Fotoempfänger in einer solchen Weise bewirkt, daß die Tendenz besteht, die Menge des reflektierten Lichtes auszugleichen, welches auf die Fotoempfänger auftrifft. Dies führt zu einem absolut minimalen Differenzsignal, welches eine minimale Reaktion bei dem Motor auslöst. Demgemäß wird die Linse entlang der Längsachse in einer Stellung gehalten, so daß die Scharfeinstellung auf das ausgewählte Objekt erhalten bleibt.

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Nachfolgend wird auf die Zeichnung und insbesondere auf die Fig. 1 Bezug genommen. Eine fotografische Einrichtung wie eine Kamera ist in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Kamera 10 weist ein lichtdichtes Gehäuse 11 auf, in welchem stationäre Einrichtungen untergebracht sind, beispielsweise eine Platte 13 und Führungsstifte 16, um ein lichtempfindliches Medium wie einen Film 1A- in bezug auf eine Objektivlinse 22 auszurichten, wie es am besten in der Fig. 3 dargestellt ist. Der Film 14 kann auf einer beliebigen geeigneten Einrichtung 15 angeordnet sein, beispielsweise auf einer Spule, in einer Patrone oder in einer Kasette. Im Ausführungsbeispiel dienen die Führungsstifte 16 auch dazu,die Einrichtung 15 innerhalb des lichtdichten Gehäuses 11 zu halten und die Bewegung des Filmes an der Platte 13 vorbei zu erleichtern.

Die Kamera 10 weist weiterhin eine ringförmige Fassung 19 auf, in welcher die Obgektivlinse 22 eingesetzt ist. Mit der Fassung

19 arbeitet eine drehbare Hülse 21 zusammen, welche Zähne 23 hat, die auf dem Umfang verteilt angeordnet sind. In der Umfangsflache der Hülse 22 ist weiterhin ein Nockenfolgeschlitz 24 ausgebildet, dessen Funktionen nachfolgend erläutert werden.

Die Hülse 21 ist starr mit der Linse 22 in an sich bekannter Weise derart verbunden, daß bei Drehung der Hülse 21 sowohl die Hülse 21 als auch die Linse 22 entlang einer Längsachse

20 bewegt werden. Die Achse 20 ist in herkömmlicher Weise in bezug auf die Platte 13, den Film 14, einen (nicht dargestellten) Verschluß und eine Linse 22 ausgerichtet. Somit kann beispielsweise eine Drehung der Hülse 21 gegen den Uhrzeigersinn die Linse 22 entlang der Achse in Richtung auf die Platte 13 nach vorne bewegen und eine Drehung der Hülae 21 ie Uhrzeigersinn, kann die Linse 22 in der entgegengesetzten Richtung bewegen. Sie oben angegebenen Sichtungen, nämlich im Uhrzeigersinn und

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gegen den Uhrzeigersinn sind in der Weise bestimmt, daß die Blickrichtung durch die Objektivlinse hindurch in Richtung auf das Objekt verläuft, wobei diese Richtungen in der Pig- 2 durch geeignete Pfeilspitzen angegeben sind.

An dem Gehäuse 11 der Kamera 10 ist ein Griff 12 angebracht, der ein nach vorne vorspringendes Element 17 aufweist. Innerhalb des Griffes 12 insbesondere innerhalb des Elementes 17 ist eine Sendeeinrichtung angeordnet, welche mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel weist diese Sendeeinrichtung 30 eine Licht emittierende Diode 31 auf, welche derart ausgebildet ist, daß eine Folge von LichtSignalen erzeugt wird, wie es nachfolgend im einzelnen näher erläutert wird. Ein Spiegel 32, welcher innerhalb des Griffes 12 angeordnet ist, ist derart ausgebildet, daß er die Lichtsignalfolge von der Diode 31 aufnimmt und durch ein Projektionselement 17 auf die optische Einrichtung 33 reflektiert. Die optische Einrichtung 33 richtet die Folge von LichtSignalen vom Spiegel 32 außerhalb der Kamera 10 entlang einer Achse 34-, welche vorzugsweise parallel zu der Längsachse 20 angeordnet ist. Die Folge von Lichtsignal en wird somit von der Einrichtung 30 unter einem konstanten Winkel in bezug auf die Längsachse 20 ausgesandt, und zwar vorzugsweise parallel zu der Achse 20.

Wenn die Linse 22 der Kamera 10 auf ein Objekt gerichtet wird, welches fotografiert werden soll, so wird die Folge von Lichtimpulsen bzw. der Lichtimpulszug von der Sendeeinrichtung 30 ausgesandt und trifft auf das Objekt auf, von welchem er wieder reflektiert wird. Ein Teil dieser reflektierten Lichtsignale wird von der Aufnahme einrichtung 40 empfangen, welche an der Kamera 10 angebracht ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Empfangseinrichtung 40 einen ersten und einen zweiten Fotoempfänger 41 bzw. 42 auf, die innerhalb eines Gehäuses 49 Huf Abstand voneinander angeordnet sind. Die Fotoempfänger 41

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und 42 sind vorzugsweise pin-Fotodioden, welche in üblicher Weise ein elektrisches Signal erzeugen, welches der empfangenen Lichtmenge entspricht. Um zu gewährleisten, daß von dem Objekt reflektiertes Licht immer auf wenigstens einen der Fotoempfänger 41, 4-2 auf trifft, ist eine Sammellinse 43 am vorderen Ende des Gehäuses 49 angebracht.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 49 an der Kamera 10 durch eine starre Halterung 45 angebracht. Genauer gesagt, die Halterung 45 ist fest am Kameragehäuse angebracht und durch eine Schwenkeinrichtung 46 mit dem Gehäuse 49 verbunden. Eine Wendelfeder 47 übt eine Kraft gegen das Gehäuse 49 aus, um den vorderen Teil der Empfangseinrichtung 40, welche die Linse 43 enthält, in Richtung auf die Hülse 21 nach unten zu drücken. Gegen die Kraft der Feder 47 wirkt ein Nocken 44, welcher sich vom Gehäuse 49 aus nach unten erstreckt und derart ausgebildet ist, da3 er mit dem Nockenfolgeschlitz 24 in der Hülse 21 im Eingriff steht.

Gemäß Fig. 1 weist der Nockenfolgeschlitz 24 eine leichte Neigung auf, und zwar auf seiner Bahn um den Umfang der Hülse 21 herum. Wenn somit die Hülse 21 gedreht wird, um eine Scharfeinstellung auf ein Objekt durch die Linse 22 zu erreichen, schwenkt das Gehäuse 49 um die Einrichtung 46 um einen Winkel X. Dies führt dazu, daß in Abhängigkeit von der Richtung, in welcher die Hülse 21 gedreht wird, die Linse 43 des Gehäuses 49 entweder dichter an die Hülse 21 herangeführt wird oder weiter davon hinwegbewegt wird. Die Schwenkmöglichkeit der Empfangseinrichtung 40 ermöglicht es den Fotoempfängern 41 und 42, reflektiertes Licht entweder von nahen oder von fernen Objekten aufzunehmen, welche in der Fig. 2 jeweils bei 50a und 50b dargestellt sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist die automatische Scharfeinstellung durch die Kamera 10auf Objekte begrenzt, die nicht

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näher als etwa 1,5 m (5 Fuß) und nicht weiter als etwa 8,4 m (25 Fuß) entfernt sind, obwohl Objekte außerhalb dieser Grenzen durch manuelle Scharfeinstellung erfaßt werden können, indem nämlich die Hülse 21 von Hand gedreht wird.

Das von der Empfangseinrichtung 40 aufgenommene reflektierte Licht führt dazu, daß elektrische Signale von den Fotoempfängern 4-1 und 42 erzeugt werden. Wie es nachfolgend erläutert wird, spricht die in der Fig. 3 in Blockform dargestellte Schaltung auf diese Signale an, indem ein Differenzsignale erzeugt wird, welches derart ausgebildet ist, daß es die mechanische Einrichtung 55 ansteuert, welche einen Elektromotor 51 aufweist. Wenn der Motor 51 erregt wird, so dreht er ein kreisförmiges Zahnrad 52, welches mit den Zähnen 23 in der Weise zusammenwirkt, daß die Hülse 21 automabisch gedreht wird. Die Drehung der Hülse wird dazu verwendet, eine Bewegung der Linse 22 hervorzurufen, und zwar in der Weise, daß ein Objekt, welches fotografiert werden soll, in eine Scharfeinstellung gebracht wird.

Auf der Fassung 19 ist ein mit der Hülse 21 zusammenwirkender Verstärkungsveränderungsschalter 71 angebracht, und es sind weiterhin ein Paar von normalerweise geschlossenen Endschaltern 81 und 82 vorgesehen. Der Verstärkungsveränderungsschalter 71 wird geöffnet, wenn die Linse 22 in eine Stellung bewegt wird, in welcher auf verhältnismäßig nahe Objekte scharf eingestellt wird. Wenn jedoch die Hülse 21 in der Weise gedreht wird, daß sie eine Bewegung der Linse 22 entlang der Achse 20 in Richtung auf den Film 14- bewirkt, so wird ein Schwellenpunkt überquert, an welchem ein Ansatz 75 auf der Hülse 21 den Verstärkungsveränderungsschalter 71 dazu bringt, daß er schließt. Das Schließen des Verstärkungsveränderungsschalters 71 kann somit an einer beliebigen vorgegebenen Stellung der Linse 22 erfolgen, wenn auch vorzugsweise vorgesehen wird, daß dieser Schwellenpunkt der Stelle entlang der Achse 20 entspricht, an welcher

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die Linse 22 so angeordnet ist, daß auf ein Objekt in der Entfernung von etwa 3 m (10 Fuß) scharf eingestellt ist.

Eine weitere Drehung der Hülse 21 bewirkt, daß der Ansatz 75 die Endschalter 81 und 82 öffnet. Wenn somit die Hülse 21 in der Weise gedreht wird, daß eine Bewegung der Linse 22 hervorgerufen wird, um auf Objekte näher als etwa 1,5 m (5 Fuß) scharf einzustellen, bewirkt der Ansatz 751 daß der Endschalter 81 geöffnet wird. In ähnlicher Weise wird dann, wenn die Hülse

21 in der Weise gedreht wird, daß eine Bewegung der Linse 22 hervorgerufen wird, um auf Objekte scharf einzustellen, die weiter als etwa 8,4 m (25 Fuß) entfernt sind, der Ansatz 75 den Endschalter 82 zum Öffnen bringen. Wie es nachfolgend im einzelnen näher erl utert wird, dient der Verstärkungsveränderungsschalter 71 dazu, den Verstärkungsgrad oder das Verstärkungsmaß eines Dxfferenzsignales anzuheben, wenn auf verhältnismäßig weit entfernte Objekte scharf eingestellt wird, und die Endschalter 81 und 82 dienen dazu, den Motor 41 abzuschalten, wenn die Grenzen der automatischen Scharfeinstellung der Kamera 10 überschritten werden.

Die Kamera 10 ist derart aufgebaut, daß auf das zu fotografierende Objekt ordnungsgemäß scharf gestellt ist, wenn die auf die Fotoempfänger 41 und 42 auftreffende Lichtmenge jeweils gleich ist. Unter diesen Umständen sind die von den Fotoeinpfängern 41 und 42 erzeugten elektrischen Signale ebenfalls gleich, und folglich wird ein absolut minimales Differenzsignal erzeugt, so daß dadurch eine minimale Reaktion des Motors 51 ausgelöst wird. Folglich bleiben die Hülse 21 und somit auch die Linse

22 an ihrer Stelle, und das Objekt bleibt scharf eingestellt.

Wenn jedoch die Linse 22 nicht ordnungsgemäß eingestellt ist, wird die auf einen Fotoempfänger auftreffende Lichtmenge größer

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sein als die auf den anderen Fotoempfänger auftreffende Lichtmenge. Wenn beispielsweise die Linse 22 auf ein verhältnismäßig nahes Objekt eingestellt ist und das Objekt, auf welches scharf eingestellt werden soll, verhältnismäßig weit entfernt ist, wird mehr reflektiertes Licht auf den Fotoempfänger 4-2 als auf den Fotoempfänger 41 auftreffen. Demgemäß wird ein Differenzsignal erzeugt, welches eine erste Polarität aufweist und zur Erregung des Motors 51 führt. Der Motor 51 dreht sich dann in der Richtung, daß die Hülse 21 gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, so daß dadurch die Linse 22 in Richtung auf die stationäre Platte 13 und den Film 14 bewegt wird, um auf ein weitentferntes Objekt scharf einzustellen. Die Drehung der Hülse 21 gegen den Uhrzeigersinn bewirkt jedoch gleichzeitig, daß die Empfängereinrichtung 40 in der Weise schwenkt, daß sich die Linse 43 von der Hülse 21 hinweg nach oben bewegt. Durch diese Lageveränderung der Linse 43 wird die Tendenz erreicht, die Lichtmenge auszugleichen, welche auf die Fotoempfänger 41 und 42 jex^eils auf trifft. Dies führt zu dem Ergebnis, daß ein absolut minimales Differenzsignal erzeugt wird, welches die Möglichkeit bietet, daß die Hülse 21 und die Linse 22 an ihrer geeigneten Stelle bleiben, um auf ein weitentferntes Objekt scharf einzustellen.

Wenn jedoch die Linse 22 ursprünglich auf ein verhältnismäßig weit entferntes Objekt eingestellt war, während ein nahe gelegenes Objekt fotografiert werden soll, wird mehr reflektiertes Licht auf den Fotoempfänger 41 als auf den Fotoempfänger 42 auftreffen. Dadurch wird ein Differenzsignal entgegengesetzter Polarität erzeugt, welches den Motor 51 dazu bringt, daß er die Hülse 21 gegen den Uhrzeigersinn dreht. Folglich wird die Linse 22 von der Platte 13 und dem Film 14 hinwegbewegt, so daß dadurch automatisch auf das nahe gelegene Objekt scharf eingestellt wird.

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Die zur Ausführung der oben beschriebenen Scharfeinstellung dienende Schaltung ist in der Fig. 3 in Form eines Blockscheams dargestellt. Genauer gesagt, ein Oszillator 63 dient dazu, einen Impulszug bzw. eine Folge von Impulsen mit hoher Frequenz zu erzeugen, typischerweise mit zwei Kilohertz. Der Impulszug wird dann durch einen Leistungsverstärker 64 verstärkt und einer Licht emittierenden Diode 31 der Sendeeinrichtung 30 zugeführt. Der Durchgang der 2-kHz-Impulse durch die Diode 31 erzeugt einen Zug bzw. eine Folge von Lichtsignalen, welche von der Einrichtung 30 mit derselben Rate ausgesandt werden. Da diese Lichtimpulse im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums liegen, führen sie nicht zu einer Belichtung des Filmes in der Kamera 10, wenn der Film, welcher im allgemeinen gegen infrarote Strahlung nicht empfindlich ist, dem sichtbaren Licht ausgesetzt wird.

Gemäß der obigen Erläuterung wird die Folge von Lichtimpulsen von der Sendeeinrichtung 30 von dem Objekt 50 reflektiert und dann von den Fotoempfängern 41 und 42 der Empfangseinrichtung 40 aufgenommen. Elektrische Signale, welche in der Stärke der Menge des Lichtes entsprechen, die auf die Fotoempfänger 41 und 42 auftrifft, werden dann an eine positive Klemme 60a und eine negative Klemme 60b eines Operationsverstärkers 60 geführt. Der Operationsverstärker 60 weist vorzugsweise Wechselspannungseinrichtungen wie (nicht dargestellte) Kondensatoren auf, um Streugleichspannungssignale abzublocken, welche die Arbeitsweise der automatischen Fokussierungsschaltung stören könnten. Solche Gleichspannungssignale können an der Empfangseinrichtung 40 als Folge einer Umgebungslichtquelle wie Sonnenschein oder einer künstlichen Beleuchtung hervorgerufen werden, welche auf die Fotoempfänger 41 und 42 auftreffen.

Der Operationsverstärker 70 erzeugt ein Differenzsignal an der Ausgangsklemme 60c. Wenn das elektrische Signal der positiven

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Klemme 60a stärker ist als dasjenige an der negativen Klemme 60b, dann hat das Differenzsignal an der Klemme 60c eine positive Phase. Wenn andererseits das elektrische Signal an der negativen Klemme 60b stärker ist als dasjenige an der positiven Klemme 60a, hat das Differenzsignal an der Klemme 60c eine negative Phase. Wenn die elektrischen Signale, welche an die Klemmen 60a und 60b geführt werden, im wesentlichen dieselbe Stärke aufweisen, hat das Differenz signal an der Ausgangsklemme 60c einen absoluten Minimalwert, der typischerweise gleich Null ist.

Das Differenzsignal an der Ausgangsklemme 60c wird vorzugsweise der Verstärkungsveränderungseinrichtung 70 zugeführt, die am besten in der Fig. 4 dargestellt ist. Der Zweck der Verstärkungsveränderungseinrichtung 70 besteht darin, die Amplitude des Differenzsignals nur dann anzuheben, wenn durch verhältnismäßig weit entfernte Objekte beim Differenzsignal die Tendenz besteht, daß es sehr schwach ist, wenn auf solche entfernten Objekte scharf eingestellt werden soll.

Die Verstärkungsveränderungseinrichtung 70 weist einen Verstärkungsveränderungsschalter 71 auf, der mit einem Kontakt 72 zum Eingriff zu bringen ist, der mit der Ausgangsklemme 60c des Operationsverstärkers 60 verbunden ist. Weiterhin ist mit der Ausgangsklemme 60c ein Widerstand 73 verbunden, der mit einem Gatter 62 verbunden ist und durch den Schalter 71 geshuntet ist. Gemäß der obigen Erläuterung wird dann, wenn auf ein Objekt, welches weniger als etwa 3m (10 Fuß) von der Kamera entfernt ist, ordnungsgemäß scharf eingestellt ist, der Schalter 71 geöffnet und steht somit mit dem Kontakt 72 nicht im Eingriff. Das Differenzsignal an der Ausgangsklemme 60c wird somit über den Widerstand 73 an das Gatter 62 geführt. Wenn jedoch auf ein Objekt scharf eingestellt ist, welches mehr als etwa 3 m (10 Fuß) von der Kamera entfernt ist, bewirkt der Ansatz 75 der Hülse 21

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(siehe Fig. 1), daß der Schalter 71 mit dem Kontakt 72 zum Eingriff kommt. Demgemäß wird das Differenzsignal von der Ausgangsklemme 60c über die Kontakte auf dem Schalter 71 an das Gatter 62 geführt. Weil nur dann ein Bypass zu dem Widerstand 73 gebildet wird, wenn auf verhältnismäßig weit entfernte Objekte eingestellt wird, wird die Amplitude des Differenzsignals vorzugsweise für weit entfernte Objekte angehoben.

Gemäß Fig. 3 wird das Differenzsignal, welches am Operationsverstärker 60 erzeugt wird, über die Verstärkungsveränderungseinrichtung 70 an das Gatter 62 geführt. Das Gatter 62 hat eine Klemme 62a, an welcher das 2-kHz-Signal vom Oszillator 63. empfangen wird. Wie es an sich bekannt ist, ermöglicht das 2-kHz-Signal, daß das Differenzsignal über das Gatter 62 mit einer Eate von 2 kHz pulsierend weitergeführt wird. Folglich werden alle Streusignale oder Störsignale von dem Gatter 62 abgeblockt, so daß nur das Differenzsignal hindurchgeht, welches von der Verstärkungsveränderungseinrichtung 70 zugeführt wird.

Gemäß Fig. 3 wird das Differenzsignal von dem Gatter 62 an eine Eingangsklemme 65a eines Gleichstromverstärkers bzw. Gleichspannungsverstärkers 65 geführt. Nach der Verstärkung wird das Differenzsignal gewöhnlich von einer Verstärkerausgangsklemme 65c über die Begrenzungsschaltereinrichtung 80 an den Elektromotor 51 geführt. Wenn jedoch aus irgendeinem Grund das Differenzsignal, welches an die Eingangsklemme 65a geführt wird, nicht anliegt, wird ein Vorspannungssignal von einer Vorspannungseinrichtung 66 an eine Vorspannungsklemme 65b des·Gleichstromverstärkers bzw. Gleichspannungsverstärkers 65 geführt. Weil normalerweise dann kein Differenzsignal vorhanden ist, wenn auf außerordentlich weit entfernte Objekte scharf eingestellt werden soll, sind die Stärke und die Polarität des Vorspannungssignals derart gewählt, daß der Motor 51 die Linse 22 derart

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einstellt» daß auf weit entfernte Objekte scharf gestellt ist, typischerweise auf Objekte, die etwa 8,4 m (25 Fuß) entfernt sind.

Das Ausgangssignal des Gleichspannungsverstärkers bzw. Gleichstromverstärkers 65 wird auch über ein nicht-lineares Glättungsund Stabilisierungsnetzwerk 90 an die Eingangskiemme 65a geführt. Das Netzwerk 90 ist in der Fig. 5 in Einzelheiten näher dargestellt,, und es weist ein RC-Glied auf, welches einen Widerstand 92 und einen in Reihe geschalteten Kondensator 91 hat, der zwischen den Klemmen 65a und 65c angeordnet ist. Parallel zu dem Widerstand 92 ist die Serienkombination aus einem Widerstand 93 und einem Kondensator 9^- angeordnet. Das Netzwerk 90 weist weiterhin die Parallelkombination aus einer ersten Diode 96 in Reihe mit einem Widerstand 95 und einer entgegengesetzt gepolten Diode 98 in Reihe mit einem Widerstand 97 auf. Diese Parallelkombination ist zwischen einem Knoten 99 und einem Punkt niedrigen Potentials angeordnet, welches im allgemeinen auf Erde oder auf Masse liegt.

Das nicht-lineare Glättungs- und Stabilisierungsnetzwerk 90 integriert das Differenzsignal, welches an der Ausgangskiemme 65c anliegt, um das Signal zu glätten und zu stabilisieren, welches schließlich durch die Endschaltereinrichtung 80 an den Elektromotor 51 geführt wird. Mit dem Netzwerk 90 werden die besten Ergebnisse erzielt, wenn die einzelnen Schaltungselemente folgende Nennwerte haben: Widerstände 92 und 93 2000 kOhm bzw. 15 kObin, Kondensatoren 91, 94 - 0,1 uF bzw. 0,005 uF.

In der Fig. 6 wird die Arbeitsweise der Endschaltereinrichtung¹ 80 erläutert. Die Endschaltereinrichtung 80 weist einen ersten Schalter 81 auf, welcher zwischen der Ausgangskiemme 65c über eine Diode 85 an den Elektromotor 51 geführt ist, und hat einen

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geerdeten zweiten Schalter 82, welcher über eine Diode 86 an den Elektromotor 51 geführt ist. Der Schalter 81 steht normalerweise mit einem Kontakt 83 in Verbindung, der über den Elektromotor 51 mit einem zweiten Kontakt 84- verbunden ist. Der Kontakt 84- ist normalerweise mib dem Schalter 82 im Eingriff. Die normalerweise geschlossenen Endschalter 81 und 82 ermöglichen somit, daß der Elektromotor 51 durch das verstärkte Differenzsignal erregt wird, welches an der Ausgangsklemme 65c auftritt. Wenn jedoch gemäß den obigen Ausführungen die Linse 22 an eine Stelle bewegt wird, an welche auf ein Objekt scharf eingestellt ist, welches weniger als etwa 1,5 m (5 Fuß) oder weiter als etwa 8,4 m (25 Fuß) entfernt ist, so öffnet entweder der Schalter 81 oder der Schalter 82, wodurch der Motor 51 abgeschaltet wird. Somit verhindert die Endschaltereinrichtung 80, daß die Kamera 10 automatisch scharf auf Objekte außerhalb der gesetzten nahen und weiten Grenzen einstellt. Natürlich kann auf solche Objekte von Hand scharf gestellt werden, indem die Hülse 21 von Hand gedreht wird.

Die Dioden 85 und 86 in der Endschaltereinrichtung 80 halten das System aktiv, wenn entweder der Schalter 81 oder der Schalter 82 geöffnet ist. Genauer gesagt, wenn eine große positive Spannung an der Klemme 65c anliegt, wodurch angezeigt wird, daß ein Obj"ekt auf einer größeren Entfernung als etwa 8,4 m (25 Fuß) vorhanden ist, fährt der Motor 51 die Linse 22 an ihre weite Grenze, worauf der Schalter 81 öffnet. Die Diode 85 ist somit in Gegenrichtung vorgespannt, und der Motor 51 wird abgeschaltet. Wenn das Objekt dann in einen entsprechenden Bereich bewegt wird, nimmt jedoch die Polarität an der Klemme 65c ab, wodurch die Diode 85 leitend wird und der Motor 51 erneut eingeschaltet wird. Der Motor 51 bringt dann die Hülse 21 dazu, daß sie den Schalter 81 erneut schließt, wodurch das System wieder aktiviert wird. Die Wirkung des Schalters 82 und seiner zugehörigen Diode

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ist ähnlich, mit der Ausnahme natürlich, daß die Spannungspolarität umgekehrt ist.

Gemäß Fig. 3 wird dann , wenn der Motor 51 erregt ist, das kreisförmige Zahnrad 52 gedreht, so daß dadurch automatisch die Hülse 21 gedreht wird. Die Drehung der Hülse 21 bewirkt, daß die Linse 22 in eine Stellung gebracht wird, in welcher auf das Objekt 50 scharf eingestellt ist. Die Drehung der Hülse 21 bewirkt weiterhin, daß die Empfangseinrichtung 40 in beäug auf die Hülse 21 geschwenkt wird, wodurch das Licht ausgeglichen wird, welches auf die Fotoempfänger 41 und 42 reflektiert wird. Wenn dieser Ausgleich des Lichtes herbeigeführt ist, sind auch die elektrischen Signale ausgeglichen, Vielehe an die Klemmen 60a und 60b geführt werden, wodurch ein absolut minimales Differenzsignal an der Ausgangsklemme 60c des Operationsverstärkers 60 hervorgerufen wird. Da dieses Differenzsignal eine so minimale Stärke aufweist, reicht es nicht aus, um den Motor 51 zu erregen. Somit bleiben die Hülse 21 und somit auch die Linse 22 in einer Stellung, welche der ordnungsgemäßen Scharfeinstellung des Objektes 50 entspricht«

Wenn jedoch die Kamera 10 anschließend auf ein weiter entferntes Objekt gerichtet wird, werden die Lichtsignale, welche durch die Sendeeinrichtung 30 ausgesandt und von dem Objekt reflektiert werden, auf die Fotoempfänger 41 und 42 mit unterschiedlichen Lichtmengen auftreffen. Folglich werden elektrische Signale mit sich ändernden Stärken auf die Eingangsklemmen 60a und 60b geführt, wodurch ein Differenzsignal erzeugt wird, welches nicht mehr minimal ist. Nach Verstärkung, Glättung und Stabilisierung erregt dieses Differenzsignal den Motor 51, was dazu führt, daß die Linse 22 so lange bewegt wird, bis auf das entfernte Objekt ordnungsgemäß scharf gestellt ist.

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Wenn sich das Objekt auf einem Abstand befindet, der größer ist als etwa 3 m (10 Fuß), überschreitet die Linse 22 einen Schwellenpunkt, welcher oben bereits erklärt wurde, so daß dadurch die Verstärkungsveränderungseinrichtung 70 in der Weise betätigt wird, daß die Amplitude des Differenzsignales angehoben wird. I¹Ur den Pail, daß kein Differenz signal vorhanden ist, und zwar wegen der abnehmenden Intensität des reflektierten Lichtes, welches auf die Fotoempfänger 41 und 42 auftrifft, wird durch die Vorspannungseinrichtung 66 ein Vorspannungssignal, auf den Gleichspannungsverstärker bzw. Gleichstromverstärker 65 geführt. Folglich wird die Linse 22 derart eingestellt, daß auf ein verhältnismäßig weit entferntes Objekt scharf gestellt wird. Wenn das Objekt jedoch zu weit entfernt ist, wird jedoch die Endschaltereinrichtung 80 betätigt, wodurch der Motor 51 abgeschaltet wird.

Aus den obigen Erläuterungen dürfte deutlich geworden sein, daß durch die beschriebene Ausführungsform gemäß der Erfindung eine genaue, automatische Fokussierung bzw. Scharfeinstellung auf Objekte innerhalb eines verhältnismäßig weiten Bereiches gewährleistet ist.

-Patentansprüche-609828/0800

Claims (1)

1. Patentansprüche

   Optische Einrichtung mit einer Abbildungslinse zur Abbildung eines entfernten Objektes in einer Ebene und mit einer Einrichtung zur automatischen Bewegung eines Elementes entlang einer Achse, um das Objekt in der Ebene scharf abzubilden, dadurch gekennz eichnet, daß eine Sendeeinrichtung (30) vorgesehen ist, welche eine Folge von Lichtsignalen in Richtung auf das Objekt (50) unter einem konstanten Winkel in bezug auf die Achse (20) aussendet, daß weiterhin eine Pulsiereinrichtung (wie 63) vorhanden ist, welche mit der Sendeeinrichtung (30) verbunden ist, um die Lichtsignale mit einer vorgegebenen Rate pulsieren zu lassen, daß weiterhin ein Paar von bewegbaren Fotoempfängereinrichtungen (4-1, 42) in der Einrichtung auf Abstand von der Sendeeinrichtung (30) angeordnet sind, um Lichtsignale aufzunehmen, welche von dem Objekt (50) reflektiert wurden und um weiterhin elektrische Signale zu erzeugen, welche der empfangenen Lichtmenge entsprechen, daß weiterhin eine Signalübersetzungseinrichtung (60) vorgesehen ist, um die elektrischen Signale aufzunehmen, welche von der Fotoempfängereinrichtung (4-1, 4-2) erzeugt wurden, und um ein Differenzsignal zu erzeugen, welches der Differenz zwischen den elektrischen Signalen entspricht, daß weiterhin eine mechanische Einrichtung (51) vorhanden ist, um eine Bewegung der Abbildungslinse (22) entlang der Achse (20) hervorzurufen, daß weiterhin eine Gattereinrichtung (62) vorgesehen ist, welche auf die Pulsiereinrichtung (63) anspricht, um das Differenzsignal von der Signalübersetzungseinrichtung (62) zu der mechanischen Einrichtung (51) mit vorgegebener Rate zu übertragen, und daß die mechanische

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   Einrichtung (51) auf das Differenzsignal anspricht, um die Bewegung der Abbildungslinse (22) entlang der Achse (20) hervorzurufen und um weiterhin eine Bewegung der Fotoempfängereinrichtung (40, 41) zu bewirken, bis die an jedem Fotoempfänger (40, 41) empfangene Lichtmenge ausgeglichen ist, um ein minimales Differenzsignal zu erzeugen, welches anzeigt, daß auf das Objekt (50) ordnungsgemäß scharf eingestellt ist.

   Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichsignal-Blockiereinrichtung vorgesehen ist, welche zwischen dem Paar von Fotoempfängern (40, 41) und der Signalübersetzungseinrichtung (60) angeordnet ist und zuin Blockieren von Gleichsignalen dient.

   Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstärkungseinrichtung (70) vorgesehen ist, welche eine erste Stellung hat, um die Verstärkung des Differenzsignals beizubehalten, und weiterhin eine zweite Stellung hat, um die Verstärkung des Differenzsignals anzuheben, daß die Verstärkungseinrichtung (70) in die erste Stellung gebracht ist, wenn die Abbildungslinse (22) an einem vorgegebenen Punkt auf der Achse (20) vorbeibewegt wird, um auf nahe gelegene Objekte (50a) scharf zu stellen, während die Verstärkungseinrichtung (70) in die zweite Stellung gebracht wird, wenn die Abbildungslinse (22) an dem vorgegebenen Punkt vorbeibewegt wird, um auf weit entfernte Objekte (50b) scharf zu stellen, wodurch die Amplitude des Differenzsignales automatisch angehoben wird, wenn auf weit entfernte Objekte (50b) scharf gestellt wird.

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   4. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichsignal-Verstärkungseinrichtung (65) vorgesehen ist, welche mit der mechanischen Einrichtung (51) verbunden ist, um das Differenzsignal zu verstärken, welches von der Signalübersetzungseinrichtung (60) empfangen wird.

   5· Optische Einrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichsignal-Verstärkereinrichtung (65) ein Signal einer ersten Polarität verstärkt, welches von der Signalübersetzungseinrichtung (60) empfangen wird, und eine Vorspannungseinrichtung (66) aufweist, um ein Signal entgegengesetzter Polarität zu erzeugen, welches dazu dient, die mechanische Einrichtung (5"O zu erregen, wenn kein Differenzsignal vorhanden ist.

   6. Optische Einrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalteinrichtung (80) vorhanden ist, welche dazu dient, die mechanische Einrichtung (51) abzuschalten, wenn . das Differenzsignal einen vorgegebenen Wert der ersten Polarität überschreitet oder unter einen vorgegebenen Wert entgegengesetzter Polarität absinkt.

   7. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konstante Winkel derart gewählt ist, daß die Lichtsignale parallel zu der Achse (20) übertragen werden.

   8. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Einrichtung (51) eine drehbare Hülseneinrichtung (21) aufweist, welche dazu dient, die Bewegung der Abbildungslinse (22) entlang der Achse (20) hervorzurufen, um auf das Objekt (50) scharf zu stellen.

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   9. Optische Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülseneinrichtung (21) eine Umfangsnut (24) vorgegebener Steigung aufweist, um die Empfängereinrichtung (41, 42) zu bewegen, wenn die Hülseneinrichtung (21) gedreht wird, um auf das Objekt (50) scharf zu stellen.

   10. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Iotoempfangereinrichtung (41, 42) eine Fotocmpfängerlinse (43) aufweist, welche dazu dient, um Licht zu fokussieren, welches von dem Objekt (50) auf die Fotoetapfänger (41, 42) reflektiert wird.

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