DE2734170A1

DE2734170A1 - Anzeigevorrichtung mit leuchtdioden

Info

Publication number: DE2734170A1
Application number: DE19772734170
Authority: DE
Inventors: Kazuya Hosoe; Ryoichi Suzuki; Tokuichi Tsunekawa; Takashi Uchiyama
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1976-07-29
Filing date: 1977-07-28
Publication date: 1978-02-02
Also published as: US4334220A; JPS5316591A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf Anzeigevorrichtungen in Halbleiteraufbau und insbesondere auf eine Anzeigevorrichtung für die Anzeige fotografischer Information in analoger Form.
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Beim Aufbau eines Anzeigesystems für die Anzeige fotografischer Information im Blickfeld eines Kamerasuchers wurde ein Galvanometer verwendet, wobei dessen Zeiger sehr fein gelagert war, damit er auf kleinste Veränderungen des durch die Spule des Galvanometers fliessenden Stroms ansprach. Bei diesem mechanischen Aufbau ist.es sehr leicht möglich, daß Schäden an der Lagerung des Zeigers auftreten.

Bei kürzlich entwickelten Kameras ist die Entwicklung daher dahin gerichtet, für Anzeigezwecke anstelle des Galvanometers eine Anordnung von Leuchtdioden zu benützen. Die Leuchtdiode hat mancherlei von denjenigen des Galvanometers abweichende Eigenschaften, wie beispielsweise die, daß die Anzeige in dunkler Umgebung abgelesen werden kann, da die eingeschaltete Leuchtdiode sichtbares Licht abstrahlt, und daß es möglich ist, die Diode mit intermittierender Erregung zu betreiben. Ferner können aufgrund des Fehlens mechanisch bewegter Teile keine sonst bei Verwendung des Galvanometers anzutreffende Beschädigungen auftreten, so daß daher die Lebensdauer beträchtlich gesteigert ist. Weiterhin kann über mehr Raum für die Aufnahme des Anzeigesystems innerhalb des Kameragehäuses verfügt werden. '

Obgleich die herkömmlichen Anzeigesysteme mit derartigen Leuchtdioden gegenüber dem Galvanometer gemäß der vorstehenden Aufzählung viele neue Vorteile ergeben, sind sie jedoch üblicherweise so ausgebildet, daß ein Informationswert nicht in analoger Form, sondern in digitaler Form

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angezeigt wird, wodurch sich andere Probleme ergeben. Beispielsweise ist es bei einem Punkt-Anzeigesystem erforderlich, die notwendige Anzahl von Leuchtdioden zu steigern, wenn die Anzahl der für eine einzelne Information erzielbaren Werte gesteigert wird. Wenn ein Zwischenwert zwischen zwei aufeinanderfolgenden erzielbaren Werten genauer angezeigt werden soll, werden für die Anzeige zwei entsprechende, einander benachbart angeordnete Leuchtdioden betrieben; nichtsdestoweniger kann dabei nicht abgelesen werden, wie weit und zu welchem dieser beiden Werte sich der besondere Zwischenwert nähert. Bei dem alternativen digitalen Anzeigesystem unter Verwendung von Sieben-Segment-Ausgabeelementen mit Leuchtdiodenaufbau für die direkte Anzeige numerischer Zeichen besteht ein Nachteil insofern, als das Ablesen des angezeigten Wertes eine etv/as längere Zeit in Anspruch nimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anzeigevorrichtung mit Leuchtdiodenaufbau zu schaffen, bei der unter Verwendung der Leuchtdioden als Anzeigeelemente die vorstehend angeführten Nachteile der herkömmlichen Anzeigesysteme vermieden sind und bei der die Anzeige der Information nicht in der digitalen Form, sondem in einer nahezu analogen Form erfolgt.

Dabei soll mit der Erfindung ein einteiliger Leuchtdiodenaufbau geschaffen werden, bei ,dem die Länge einer durchgehenden Leuchtzone veränderbar ist. 30

Weiterhin soll mit der Erfindung unter Verwendung des vorgenannten Leuchtdiodenaufbaus eine nahezu analoge Anzeige im Blickfeld eines Kamerasuchers geschaffen werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausfüh-

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rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht

einer Ausführungsform der Anzeigevorrichtung, wobei zur Verdeutlichung die Bereiche der Komponenten des Leuchtdiodenaufbaus stark übertrieben dargestellt sind.

Fig. 2(a) und 2(b) stellen grafisch die Auswirkung auf die Länge einer Leuchtzone des Leuchtdiodenaufbaus nach Fig. 1 bei Veränderung einer Spannung dar.

Fig. 3 und 4 sind schematische Seitenansichten

weiterer Ausführungsbeispxele der Anzeigevorrichtung .

Fig. 5 ist ein elektrisches Schaltbild einer

Ausführungsform eines Anzeigesystems für die Anzeige eines Belichtungswerts (z. B. des geeigneten Blendenwerts),

das den Leuchtdiodenaufbau nach Fig. 1, 25

3 oder 4 umfaßt.

Fig. 6 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht von Grundteilen eines optischen Suchersystems einer einäugigen Spiegelreflexkamera, bei der das Anzeigesystem nach Fig. 5 verwendet ist.

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Fig. 7 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für die Anordnung eines Bildes des Leuchtdiodenaufbaus zum Zusammenwirken mit einer Blendenwertskala an einem Randbereich des Blickfelds des Suchers nach Fig. 6 zeigt.

In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Anzeigevorrichtung mit folgenden Bauelementen gezeigt: einem N-Halbleiterkristallkörper bzw. einer N-Halbleiterschicht 11 in Form einer langen dünnen Platte, einer großen Anzahl von P-Halbleiterkristallelementen 12, 12', ...,

die voneinander durch jeweilige Isolatorelemente 13, 13", .

13", ..., 13 getrennt sind und die in angrenzender Diffusionsberührung zu der N-Halbleiterschicht 11 stehen, so daß entlang der ganzen Länge der Halbleiterschicht 11 an den Grenzflächen zwischen dem N-Halbleitermaterial und dem P-Halbleitermaterial eine Anzahl η von P-N-Ubergängen gebildet ist, einer Widerstandsplatte bzw. einem Widerstand 14, der die gleiche Länge wie die Platte bzw. Halbleiterschicht 11 hat und der an alle P-Halbleiterelemente 12, 12', ..., 12 *ⁿ' an denjenigen Enden derselben angeschlossen ist, die den mit der Platte bzw. Halbleiterschicht 11

in Berührung stehenden gegenüberliegen, einer ersten 25

Elektrode 15", die entlang der ganzen Länge der N-HaIbleiterplatte bzw. -schicht 11 der Kontaktseite mit den P-Halbleiterelementen 12 gegenüberliegend ohmisch angeschlossen ist, und einer zweiten und dritten Elektrode 15

bzw. 15', die an jeweilige Enden der Widerstandsplatte bzw. 30

des Widerstands 14 ohmisch angeschlossen sind. Die zweite Elektrode 15 ist an den positiven Anschluß einer Spannungsquelle 16 mit veränderbarer Spannung angeschlossen, während die dritte Elektrode 15* mit einem Widerstand 18 für die Bildung eines eingestellten Grundpotentials an der Widerstandsplatte 14 und von dort mit einer mit der ersten

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Elektrode 15" gemeinsamen Zuleitung verbunden ist, die an den negativen Anschluß der Spannungsquelle 16 angeschlossen ist. Der Leuchtdiodenaufbau mit den Komponenten 11, 12, 13 und 14 sitzt auf einem nicht gezeigten gemein-■* samen Substrat.

Wenn bei der Anzeigevorrichtung nach Fig. 1 eine Spannung, deren Größe anzuzeigen ist, zwischen die zweite und die dritte Elektrode 15 bzw. 15' oder an dem Widerstand 14 angelegt wird, während an der ersten Elektrode

15" negatives Potential erscheint, wird in dem Widerstand 14 entlang seiner ganzen Länge ein Potentialgradient gebildet, so daß an die P-N-Ubergänge jeweilige Vorwärts-Vorspannungen angelegt werden, die in Stromflußrichtung -* durch den Widerstand 14 bzw. gemäß der Darstellung in Fig. 1 von oben nach unten fortschreitend niedrigere Werte haben. Da Vorwärts-Vorspannungen, die höher als der Schwellwertspannungspegel für die Einführung von Minoritätsladungsträgern in die P- und N-Bereiche, nämlich im Falle

der Leuchtdiode höher als ungefähr 1,3 V sind, zur Wiedervereinigung von Leitungselektronen und Löchern an oder nahe den entsprechenden P-N-Ubergängen führen, was die Aussendung von Licht ergibt, wird ein Teil der Anzahl von P-N-Ubergängen in Aufeinanderfolge von oben her in Ab-

²^ hängigkeit von dem tatsächlichen Wert der an den Widerstand 14 angelegten Spannung nach der Darstellung in den Fig. 2(a) und 2(b) unter der Voraussetzung zum Leuchten gebracht, daß der Energiesprung an der Grenzfläche zwischen den P-Bereichen und den N-Bereichen unter Verwendung von beispielsweise GaAs für das Eindotieren in die N- und P-Halbleiterkristallstrukturen so eingestellt wird, daß er in den sichtbaren Spektralbereich fällt.

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Die Fig. 2(a) und (b) sind grafische Darstellungen, die die Auswirkung von Veränderungen der Spannung der Spannungsquelle 16 auf die Länge einer Leuchtzone des Leuchtdiodenaufbaus nach Fig. 1 zeigen, wobei die Abszisse einen Ort entlang der Länge des Leuchtdiodenaufbaus darstellt, während die Ordinate die Spannung V. der einstell-

AC*

baren Spannungsquelle darstellt, wobei die Schwellwertspannung des P-N-Ubergangs mit Vth dargestellt ist. Die drei mit A, B und C bezeichneten Stellen entsprechen den in Fig. 1 gezeigten. Die Kurve X stellt den Spannungsgradienten dar. Nimmt man an, daß in dem N-Halbleiterkristallkörper bzw. der N-Halbleiterschicht 11 und den P-Halbleiterkristallelementen 12, 12', ..., 12⁽ⁿ⁾ kein Spannungsabfall auftritt, so wird ohne Spannungsverlust die durch die Kurve X dargestellte Spannung an den P-N-Übergang angelegt. Wenn diese Spannung höher als der Schwellwertspannungspegel Vth ist, erfolgt die Abstrahlung von Licht, wie beispielsweise an der Zone zwischen dem Punkt A und einem Punkt D, an welchem die Kurve X die Linie Vth schneidet, während die übrige Zone im nichtleuchtenden bzw. Dunkelzustand verbleibt. Die Fig. 2(a) stellt den Fall dar, daß an der einstellbaren Spannungsquelle 16 eine hohe Spannung V gewählt ist, wobei sich eine lange Leuchtzone ergibt, während die Fig. 2(b) den Fall darstellt, daß die Spannung V _ niedrig ist, wobei sich eine Leuchtzonenlänge ergibt, die kürzer als diejenige nach Fig. 2(a) ist. Das heißt, durch Verminderung der Spannung V_Ar, wird der Grenzpunkt D zwischen der Leuchtzone

Av^

und der Dunkelzone nach rechts bewegt. Daher kann zur Anzeige einer fotografischen Information eine zu dieser proportionale Spannung als Spannung V angelegt werden, wodurch der Grenzpunkt D zwischen der Leuchtzone und der Dunkelzone verändert wird. Auf diese Weise erfolgt an dem Leuchtdiodenaufbau die Anzeige der fotografischen Information in Form eines Streifens. Bei dieser Vorrichtung sind

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die Leuchtdioden durch Verbindung einer Mehrzahl von P-Halbleitern bzw. Halbleiterelementen 12 und Isolatorelementen 1 3 gebildet, so daß es bei Verfeinerung der Aufteilung des Aufbaus möglich ist, die Anzeige in nahezu stufenloser oder analoger Form durchzuführen. Dabei ist anzumerken, daß die Isolatorelemente 13, 13', ..., 13 dazu dienen, das parallele übergreifen der durch die P-Halbleiterelemente fließenden Ströme zu der N-HaIbleiterschicht 11 zu verhindern, durch das ein Leckstrom von der Leuchtzone zu der Dunkelzone verursacht wird, durch den die Dunkelzone leuchtend wird.

Als nächstes zeigt die Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anzeigevorrichtung, das sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 im Aufbau des P-Halbleiterabschnitts unterscheidet. In der Figur sind zur Bezeichnung der den in Fig. 1 gezeigten Teilen gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet. Gemäß der Darstellung in Fig. 3 sind die P-Halbleiterelemente 12,, 12' ,, ..., 12 * ' mit jeweiligen Widerstandselementen 17, 17', ..., 17 versehen, die in Reihe zu den Halbleiterelementen angrenzend an den Streifen-Widerstand 14 geschaltet sind und die fortschreitend kleinere Widerstandswerte haben, damit die durch die aufeinanderfolgenden P-N-Ubergänge fließenden Ströme einander mit dem Ergebnis angeglichen werden, daß die Leuchtzone über ihrer ganzen Länge hinsichtlich der Leuchtintensität gleichförmig gemacht wird; andernfalls wäre mit unterschiedlichen Lagen, gemessen von oben her bzw. dem Punkt A her, die Leuchtstärke vermindert, da die an den P-N-Ubergang angelegte Vorspannung um so höher ist, je näher der P-N-Ubergang der zweiten Elektrode 15 liegt; dadurch ergäbe sich für den Betrachter ein unangenehmer Eindruck, der bei Verwendung des Leucht-

diodenaufbaus nach Fig. 1 auftreten könnte. 35

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Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anzeigevorrichtung, das sich von dem nach Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß die P-Bereiche mit den N-Bereichen vertauscht sind, während der Anschluß der Treiber-Spannungsquelle 16 an den Leuchtdiodenaufbau in der Polarität gewechselt ist. In Fig. 4 bestehen die Bereiche 12_, 12'_, ..., 12„ aus einem N-Halbleitermaterial, während der Bereich 11₂ aus einem P-Halbleitermaterial besteht. Die Isolatorbereiche bzw. -elemente 13.,, 13'-, ...,13- bleiben im wesentlichen unverändert. Bei diesem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 können zum Gleichförmigmachen der Leuchtstärke der Leuchtdiodenelemente die gleichen Mittel wie die in Fig. 2 gezeigten angewendet

werden.
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Im Zusammenhang mit den vorstehend angeführten Ausführungsbeispielen ist anzumerken, daß der erste Halbleiter nicht unbedingt in einer solchen durchgehenden Form ausgebildet sein muß, sondern in eine Anzahl an die zweiten Halbleiterelemente anstoßender Elemente aufgeteilt sein kann, wobei die einzelnen ersten Halbleiterelemente voneinander auf die gleiche Weise wie die zweiten Halbleiterelemente isoliert sein können.

Die Fig. 5 zeigt ein Beispiel der Anwendung der Anzeigevorrichtung für die Belichtungswertanzeige einer Kamera. Das Belichtungswertanzeigesystem umfaßt eine elektrische Stromversorgung oder Batterie 31, einen Gleichspannungserhöher 32 bekannten Aufbaus, eine fotoelektrische Zelle

^O wie eine Siliciumfotozelle, einen Rechenverstärker 34, zwischen dessen beide Eingangsanschlüsse die fotoelektrische Zelle 33 geschaltet ist und in dessen Gegenkopplungszweig ein logarithmisches Kompressionselement 35 geschaltet ist, einen Spannungsteiler aus einem Festwiderstand 37 und einem veränderbaren Widerstand 38, die zueinander in

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Reihe und über den Gleichspannungserhöher 32 zu der Batterie 31 parallel geschaltet sind und deren Ausgangsanschluß mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Rechenverstärkers 34 verbunden ist, wobei der veränderbare Widerstand 38 zum Einstellen unterschiedlicher Belichtungssteuerfaktoren wie der Filmempfindlichkeit, der Verschlußzeit und der maximal möglichen Blendenöffnung oder F-Zahl dient, und einen nichtinvertierenden Rechenverstärker 39, der als Pufferschaltung arbeitet und dessen ^O Ausgangsanschluß an die zweite Elektrode 15 an dem Punkt A eines Leuchtdiodenaufbaus 36 der Anzeigevorrichtung angeschlossen ist.

Beim Betrieb des Systems nach Fig. 5 erzeugt die auf von einem aufzunehmenden Objekt kommendes Licht ansprechende fotoelektrische Zelle bzw. Siliciumfotodiode 33 einen Fotostrom mit einer zur Lichtintensität proportionalen Stärke, der an den Rechenverstärker 34 zur Erzeugung einer dem Logarithmus des mittels der fotoempfind-

^O liehen Zelle 33 gemessenen Lichtwerts proportionalen Ausgangsspannung abgegeben wird. Diese Ausgangsspannung wird über den als Pufferschaltung verwendeten Rechenverstärker 39 an den Eingangsanschluß A (oder A') des Leuchtdiodenaufbaus 36 angelegt, dessen entgegengesetzter Anschluß C an Schaltungsmasse angeschlossen ist; dadurch wird der Belichtungswert durch die entsprechende Länge einer Leuchtzone in dem Halbleiterstreifen angezeigt, was aus den Fig. 1 bis 4 ersichtlich ist. Wenn die Bedienungsperson den tatsächlichen Spannungspegel der Batterie 31 zu prüfen wünscht, wird die Batterie 31 entweder direkt oder über eine (nicht gezeigte) Zwischenschaltung an den Leuchtdiodenaufbau 36 angeschlossen; ein derartiges Schaltglied ist jedoch in Fig. 5 nicht gezeigt.

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Die Fig. 6 zeigt ein Beispiel der Anordnung des

Leuchtdiodenaufbaus in einem optischen Suchersystem einer einäugigen Spiegelreflexkamera. Zu dem optischen Suchersystem zählen ein Schnellrücklaufspiegel 41, eine Fokussiermattscheibe 42, die an einer Seite einen Leuchtdiodenaufbau 4 3 der Anzeigevorrichtung trägt, eine Kondensorlinse 44 und ein Pentagonalprisma 45, wobei diese optischen Elemente 41, 42, 44 und 45 entlang einer gemeinsamen optischen Achse ausgerichtet sind. Ein Block 4 6 ist eine Treiberschaltung für den Leuchtdiodenaufbau 43 wie die in Fig. 5 gezeigte; sie ist an einem geeigneten Raum innerhalb des Kameragehäuses angebracht.

Die Fig. 7 zeigt ein Beispiel des Blickfelds des Suchers nach Fig. 6, in welchem ein Bild des Leuchtdiodenaufbaus 4 3 neben einer Blendenwertskala erscheint, die an einem Randbereich des Blickfelds des Suchers angeordnet ist. In diesem Fall liegt die Grenze zwischen der Leuchtzone und der Dunkelzone in Ausrichtung mit einer Gradeinteilung, die einen geeigneten Blendenwert F = 8 als Ergebnis der Berechnung mittels der Lichtmeßschaltung nach Fig. 5 darstellt.

Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, ist mit 25

der Anzeigevorrichtung die Verwendung eines Leuchtdioden*·'

aufbaus für die Anzeige einer Information in analoger Form vorgesehen, die der bei dem Anzeigesystem mit einem Galvanometer gleichartig ist. Aufgrund der Nutzung der Lichtabgabe ist es ermöglicht, die Anzeige selbst dann abzu-30

lesen, wenn die Aufnahmeszene dunkel ist.

Mit der Erfindung ist eine Anzeigevorrichtung geschaffen, die einen ersten Halbleiter-Streifen, einen zweiten Streifen mit zusammengesetztem Aufbau, bei dem eine große Anzahl aufeinanderfolgender Bereiche abwechselnd

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aus einem Halbleitermaterial mit gegenüber der Leitfähigkeit des ersten Streifens verschiedener Leitfähigkeit und aus isolierendem Material oder Materialien besteht und der zur Bildung von P-N-Ubergängen in seitlichem Kontakt mit dem ersten Streifen angeordnet ist, und einen Widerstands-Streifen hat, der längs an den zweiten Streifen angeschlossen ist, so daß beim Anlegen einer dem Wert einer anzuzeigenden Information proportionalen Spannung über den dritten Widerstands-Streifen unter negativem bzw. entgegengesetztem Vorspannen des ersten Streifens eine entsprechende Anzahl aufeinanderfolgender Halbleiterbereiche in dem zweiten Streifen zur Abgabe sichtbaren Lichts gebracht wird, die dem Betrachter den Eindruck eines durchgehenden Leuchtstreifens mit einer Länge vermittelt, die den Informationswert darstellt.

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■ Λ

Le e rs e 11 e

Claims

Patentansprüche

Anzeigevorrichtung mit Leuchtdioden für die Anzeige von Information durch die Länge einer Leuchtzone, gekennzeichnet durch einen Leuchtdiodenaufbau mit einer ersten P- oder N-HaIbleiterschicht (11; 11-; 11₂)> entlang der ersten Halbleiterschicht abwechselnd mit Isolierschichten (13; 13..; 13₂) angeordneten zweiten Halbleiterschichten (12; 12_1#· 12₂), einer entlang der ersten Halbleiterschicht angeordneten und an eine elektrische Stromversorgung angeschlossenen ersten Elektrode (15"; 15'^; 15"₂), einem entlang der zweiten Halbleiterschichten angeordneten Widerstand (14; 14..; 14-) und einer zweiten und dritten Elektrode (15; 15..; 15- bzw.

VI/So.

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ORK3INAL INSPECTED

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15'; Ί 5■ ; 15'₂), die an den beiden Enden des Widerstands angeschlossen sind, wobei sich die Leuchtzone des Leuchtdiodenaufbaus in Längsrichtung durch Veränderung des sich aus einer an den Widerstand angelegten Spannung ergebenden Potentialgradienten verändert.
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die zweiten HaIbleiter schichten (12; 12^· 12₂) und den Wider

stand (14; 14..; 14-) eine Mehrzahl von Wider-Standselementen (17 bis 17 ) angeordnet ist, deren Widerstandswerte in Längsrichtung fortschreitend verändert sind.
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (16; 16-; 16₂; 33) zum Verändern der zwischen die zweite

und die dritte Elektrode angelegten Spannung. 20
4. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige fotografischer Information einer Kamera durch Veränderung der Leuchtzone der Leuchtdiodenaufbau im optischen Bildsuchersystem der Kamera angeordnet ist.

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ORIGINAL INSPECTED