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Verfahren zum selbsttätigen Fokussieren eines Kameraobjek-
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tives sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen Fokussieren eines Kameraobjektives auf
ein abzubildendes Objekt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches.
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Nach dem fotometrischen Abstandsgesetz fällt die Beleuchtungsstärke,
die von einem Objekt einer bestimmten Lichtstärke erzeugt wird, mit dem Quadrat
des Abstandes zwischen dem Meßort der Beleuchtungsstärke und dem Objekt ab. Hieraus
ergibt sich, daß bei Kenntnis der Beleuchtungsstärke und der Lichtstärke der Abstand
zwischen dem Meßort und dem Objekt ermittelt werden kann, so daß das fotometrische
Abstandsgesetz zur Entfernungsmessung herangezogen werden kann.
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Ein auf dem fotometrischen Abstandsgesetz aufbauendes Verfahren zum
selbsttätigen Fokussieren eines Xameraobjektives gemäß dem kennzeichnenden Teil
des Hauptanspruches ist z.B. Gegenstand der US-PS 1 866 581. Hierbei wird das abzubildende
Objekt beleuchtet und die vom Objekt ausgehende Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit
der Objektentferung gemessen. Da jedoch das fotometrische Abstandsgesetz außer der
gesuchten Entfernung noch zwei weitere unbekannte Größen, nämlich Beleuchtungsstärke
und Lichtstärke, enthält, mit der kameraseitigen MeEeinrichtung jedoch nur die Beleuchtungsstärke
erfaBt werden kann, ist zur Ermittlung des wahren Abstandes noch ein weiterer Meßvorgang
bzw. ein Eichvorgang erforderlich. Bei der Fokussiereinrichtung gemäß dem o.g. US-Patent
wird diese zusätzliche Infornation dadurch erhalten, daß der tatsächliche momentane
Obsektabstand vor Filmbeginn durch eine eigene Messung ermittelt wird und danach
die kameraseitige Me3einrichtung nach dieser Anfangsentfernung geeicht wird. Bei
im Laufe des Filmvorganges auftretenden Objektentfernungsänderungen wird dann die
jeweils erforderliche Objektiveinstellung selbsttätig nachgesteuert.
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Eine solche Fokussiereinrichtung ist relativ umständlich, da vor Filmbeginn
für das jeweils scharf abzubildende Objekt
ein eigner, von Hand
auszuführender Eichvorgang erforderlich ist. Weiterhin erweist sich ein solches
Verfahren auch insofern als wenig befriedigend, als die von Hand durchzuführende
Eichung bei Schwankungen der Strahlstärke der Lichtquelle oder bei Änderungen der
Objekt remission ihre Gültigkeit verliert.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und
funktionssicheres Fokussierverfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei
welchem insbesondere auf spezielle Eichmessungen verzichtet werden kann und welches
auch bei veränderter Remission des aufzunehmenden Objektes voll funktionsfähig bleibt.
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Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, daß bei einem gegebenen Kamera-Objekt-Abstand
das Objekt aus zwei unterschiedlichen Entfernungen beleuchtet wird, daß die beiden
der jeweiligen Entfernung entsprechenden Beleuchtungsstärken gemessen werden, daß
die beiden Meßsignale nach den fotometrischen Abstandsgesetz durch Quotientenbildung
der beiden Meßsignale ausgewertet werden und daß das so gewonnene, der gesuchten
Entfernung entsprechende Signal zur Steuerung der Objektiveinstellung verwendet
wird.
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Der Quotient der beiden Meßsignale hängt nach der Formel E (r) - <
+ r) 2 (1 a> E (r + a) nur mehr von der bekannten Differenz der Beleuchtungsabstände
a und der gesuchten Entfernung r ab. E bedeutet hierbei die am Detektor vorhandene
Beleuchtungsstärke.
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Entscheidend ist, daß, wie aus der vorstehenden Formel ersichtlich,
durch Quotientenbildung die Licht stärke I aus der Formel herausfällt. Durch Objektbeleuchtung
aus zwei unterschiedlichen Entfernungen kann somit auf einfache Weise die tatsächliche
Objektentfernung ermittelt werden, ohne daß hierzu, wie beim bekannten Stand der
Technik, bei sich ändernder Entfernung die Meßeinrichtung jedesmal neu geeicht werden
müßte.
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Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete selbsttätige Fokussiereinrichtung
ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Lichtquelleneinrichtung zum Beleuchten
des Objektes unter zwei verschiedenen Entfernungen bei festem Bamera-Objekt-Abstand,
eine Entfernungseinrichtung zum Messen der beiden, vom Objekt ausgehenden, jeweils
unterschiedlichen
Beleuchtungsstärken, eine Recheneinrichtung zum
Auswerten der beiden Meßsignale durch Quotientenbildung der Meßsignale und eine
Steuereinrichtung zur Objektiveinstellung nach dem so ermittelten, dem Kamera-Objekt-Abstand
entsprechenden Ausgangssignal der Recheneinrichtung.
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Die Lichtquelleneinrichtung könnte z.B. aus einer Lichtquelle und
einem Spiegel system zum alternierenden Verlängern und Verkürzen des Beleuchtungsstrahlenganges
bestehen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal
zwei in Richtung der optischen Achse des Objektives gegeneinander versetzte Lichtquellen
vorgesehen sind. Hierbei sind keine mechanisch bewegbaren Teile, den Belichtungsstrahlengang
schwächende Reflektionsflächen o dgl. erforderlich.
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Um an der Lichtempfängereinrichtung die den beiden unterschiedlichen
Entfernungen zwischen Lichtquelle und Objekt entsprechenden Signale auch getrennt
empfangen zu können, könnten die beiden Lichtsender mit unterschiedlicher Prequenzmodulation
betrieben werden. Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal ist es jedoch vorteilhaft,
wenn ein die beiden bezüglich Strahlcharakteristik und Strahlenergie gleichen Lichtquellen
alternierend in Betrieb setzender
Taktgeber vorgesehen ist, so
daß die beiden Messungen zeitlich aufeinanderfolgend durchgeführt werden.
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Zweckmäßig ist es schließlich, wenn der Lichtempfängereinrichtung
eine Auswahl- und Speichereinrichtung zum Auswählen und Speichern jeweils zweier
einander zugeordneter Meßsignale nachgeschaltet ist, welche insbesondere von zwei
mittels eines Taktgebers alternierend ansteuerbaren Momentanwertspeichern gebildet
sein kann.
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Eine besonders einfache Fokussiereinrichtung erhält man, wenn gemäß
einem weiteren Erfindungsmerkmal zum Abgreifen der momentanen Objektivstellung ein
lineares Fotentiometer vorgesehen ist. Hierbei können der durch Quotientenbildung
der beiden X.eßwerte ermittelte Sollwert und der am Potentiometer abgegriffene Istwert
in einem Komparator direkt miteinander verglichen werden, ohne daß eine eigene Recheneinrichtung
vorgesehen sein müßte, welche die Gleichung E (r) / E (r + a) - (1 + a/r)2 nach
einer geeigneten aktion von r auflöst.
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Im folgenden wird ein Ausführungebeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnung näher beschrieben. Die einzige Figur zeigt hierbei das Funktionsschema
einer erfindungsgemäßen Fokussiereinrichtung.
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In der Figur ist mit 1 das Gerätegehäuse einer Laufbildkamera bezeichnet.
In diesem Kameragehäuse ist ein Abbildungsobjektiv 2 in Pfeilrichtung A-B verschieblich
gelagert.
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Nahe der optischen Achse 3 sind zwei Strahlungsquellen 4, 5 angeordnet,
denen jeweils eine Optik 6 bzw. 7 vorgeschaltet ist. Die beiden Strahlungsquellen
besitzen jeweils gleiche Strahlcharakteristik und Strahlenergie. Die Lichtquellen
und deren Optik sind so ausgerichtet, daß die zugehörigen Strahlengänge 8, 9 im
wesentlichen parallel zur optischen Achse 3 verlaufen, damit das Meßfeld vorzugsweise
zentral im Bildfeld des Abbildungsobjektives gelegen ist. Weiterhin verlaufen die
beiden Strahlungsgänge parallel zueinander und liegen sehr dicht nebeneinander,
um aufgrund möglicherweise unterschiedlicher Remissionsverhältnisse am anvisierten
Objekt Fehlerquellen zu vermeiden.
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Die beiden Lichtquellen 4, 5, welche vorzugsweise im nichtaktinischen
Bereich des verwendeten Filmmaterials, bei konventionellem Filmmaterial also z.B.
im Infraroten strahlen, sind in Richtung der optischen Achse um den Abstand a gegeneinander
versetzt. Ein Taktgeber 10 steuert über Leitungen 11, 12 die Lampenstromversorgungseinheit
13 abwechselnd so an, daß die Lampen 4 und 5 alternierend betrieben werden.
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Die vom Objekt in Richtung auf die Fokussiereinrichtung reflektierte
Strahlung 14 wird durch das zur Steigerung der Empfindlichkeit des Empfängersystems
möglichst großflächig ausgelegte Emp£ängerobjektiv 15 gesammelt und auf einen fotoelektrischen
Empfänger 16, z.B. eine Silizium-Fotodiode oder eine Avalange-Diode, fokussiert.
Das in der Diode 16 erzeugte Meßsignal wird in einen Verstärker 17 verstärkt und
in jeweils einem der Momentanwertspeicher 18, 19 gespeichert. Hierbei speichert
der Momentanwertspeicher 18 die aufgrund der Lampe 4 und der Momentanwertspeicher
19 die aufgrund der Lampe 5 erzeugten Meßwerte. Zur richtigen Auswahl der jeweiligen
Meßwerte werden die Momentanwertspeicher 18, 19 über Leitungen 20, 21 vom Taktgeber
10 derart angesteuert, daß bei Aktivierung der Strahlungsquelle 4 der korrespondierende
Meßwert vom Momentanwertspeicher 18 und bei Aktivierung der Lampe 5 der korrespondierende
Meßwert vom Momentanwert speicher 19 festgehalten wird.
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Die beiden in den Momentanwertspeichern 18, 19 gespeicherten Meßwerte
werden anschließend der Recheneinheit 22 zugeführt, in welcher der Quotient der
beiden Meßwerte gebildet wird. Mittels eines Objektivstellungsgebers 23 wird
ein
der augenblicklichen Objektivposition entsprechendes, in bekannter Weise an einem
linearen Potentiometer über einen Schleifwiderstand abgegriffenes Positionssignal,
welches der am Objektiv 2 eingestellten Entfernung entspricht, dem einen Eingang
eines Komparators 24 zugeführt.
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Den anderen Eingang des onparators 24 wird das der Objektentfernung
entsprechenende Ausgangssignal des euotientenbilders 22 unter Zwischenschaltung
eines Tiefpasses 25, an welchem die erwünschte Meßsignalkonstanz eingestellt werden
kann, zugeführt. Die Stellinformation wird dann mit einer durch den RC-Wert des
Tiefpasses bestimmten Verzögerung an die Stellvorrichtung 26 des Objektives 2 weitergegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wurde im Zusammenhang mit einer Laufbildkamera
beschrieben. Selbstverständlich ist es ebenso zur Verwendung in einer Stehbildkamera
geeignet. Ebenso ist ohne weiteres ersichtlich, daß das Verfahren auch zur Entfenungsmessung
geeignet ist, wobei anstelle des Komparators und der Stelleinrichtung für das Cbjektiv
lediglich eine geeignete Anzeigevorrichtung für die gemessene Entfernung vorzusehen
ist.