DE2922080C2 - Entfernungsmeßeinrichtung - Google Patents

Description

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a) Die Detektoren (42o, 42/., 43o, 43;·) eines jeden Detektorpaares der Detekloranordnung (40) sind jeweils in Nachbarschaft zu der genannten Bildebene (12) angeordnet;

b) der Strahlendiskriminator (41; 42,43) ist stationär angeordnet und erzeugt ein erstes und zweites Strahlungsverteilungsmusteraus von einem ersten und zweiten Teil der Aufnahmeliste (10) übertragener Strahlung, wobei das erste Strahlungsverteilungsmuster dem zweiten Strahlungsverteilungsmuster in einer ersten Bildebene überlagert ist, wenn sich das Objekt in einer vorbestimmten Entfernung von der Aufnahmelinse befindet, und wobei sich das erste und zweite Strahlungsverteilungsmuster aus der Überlagerung herausbewegen, wenn sich das Objekt in einer anderen als der vorbestimmten Entfernung befindet und der Betrag der Bewegung die Entfernungsänderung zwischen Objekt und Aufnahmelinse gegenüber der vorbestimmten Entfernung anzeigt; und

c) die an die Detektoranordnung (42α, 43α; 426, 436) abgeschlossene Schaltungsanordnung (116-134) erzeugt ein resultierendes Ausgangssignal, das den Betrag der Bewegung zwischen dem ersten und zweiten Strahlungsverteilungsmuster aus der Überlagerung anzeigt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlendiskriminator eine Vielzahl von Sekundärlinses (41; 42, 43) aufweist, von denen jede eine eigene Bildebene definiert.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Detektoranordnung mehrere einzelne Detektoren (42a, 43a, . ..) aufweist, von denen jeder einzelne Detektor in der Nähe der Bildebene einer jeden Sekundärlinse (42, 43, .. .) angeordnet ist, und daß die zweite Detektoranordnung mehrere einzelne Detektoren (426, 436, .. .) aufweist, von denen jeder einzelne Detektor in der Nähe der Bildebene einer jeden Sekundärlinse (42, 43,. ..) angeordnet ist, so daß in der Nähe der Bildebene einer jeden S^kundärlinse zwei einzelne Detektoren (42a, 426; 43a, 436; . . .) der beiden Detektoranordnungen liegen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Vielzahl von einzelnen Detektoren (42a, 426; 43a, 436;. . .) ladungsgekoppelte Einrichtungen {CCD) sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Vielzahl von einzelnen Detektoren (42a, 426; 43a, 436;. . .) ladungsinii/.icrcndc Hinrichtungen (CVD) sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur automatischen Fokussierung einer Kamera, mit einer Antriebseinrichtung zur Bewegung der Aufnahmeliste in eine gewünschte Position zwecks Erzeugung eines scharfen Bildes von einem entfernten Objekt, gekennzeichnet durch die Erzeugung mehrerer Bilder von jeweils einem Teil der Austrittspupille der Aufnahmeliste (10) mittels des Strahlendiskriminators (41; 42,43), wobei jedes der Bilder Strahlung enthält, die von einem unterschiedlichen Punkt der betrachteten, das entfernte Objekt enthaltenden, Szene herstammt;
eine Anordnung der Paare von Detektoren (42a, 426; 43a, 436;...) dergestalt, daß beide Detektoren eines jeden Paares die Strahlung von einem der mehreren Bilder empfangen, und jeder Detektor ein die Intensität der empfangenen Strahlung anzeigendes Ausgangssignal erzeugt; und
einen Vergleich der Ausgangssignale der ersten Detektoren (42a, 43a, . . .) in jedem Paar mit den Ausgangssignalen der zweiten Detektoren (426,436, .. Oinjedem Paar mittels der Schaltungsanordnung, um einen Übereinstimmungszustand festzustellen und ein resultierendes Signal zu erzeugen, das sich mit dem Übereinstimmungszustand verändert und das durch die Antriebseinrichtung verwendbar ist, um die Aufnahmelinse in die gewünschte Position zu bewegen.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1, wobei diese Einrichtung insbesondere bei der Entfernungsmessung und automatischen Fokussierung von beispielsweise photografischen Kameras oder Fernsehkameras Verwendung findet.

Entfernungsmeß- und automatische Fokussiereinrichtungen haben in den vergangenen Jahren eine beträchtliche Bedeutung gewonnen. Ein vorteilhaftes Verfahren zur Entfernungsmessung und zur automatischen Fokussierung macht von der räumlichen Bildkorrelation Gebrauch. Beispiele für verschiedene Anordnungen dieser Art können den US-PS 3836772, 3838275, 3958117, 4002899 und 3274914 entnommen werden.

Die typische von der räumlichen Bildkorrelation Gebrauch machende Einrichtung umfaßt zwei optische Hilfselemente, z. B. Linsen oder Spiegel, und zwei Detektoranordnungen, auf die Bilder durch die optischen Hilfselemente geworfen werden. Die Objektentfernung wird durch Bewegung eines der optischen Hilfselemente festgestellt, wobei sich die relative Lage der Bilder auf den strahlungsempfindlichen Detektoranordnungen verändert, bis sie eine kritische korrelierende Stellung einnehmen. Diese Stellung ist ein Maß Tür die vorliegende Entfernung zwischen dem Objekt und dem aufnehmenden Gerät.

Die relative Bewegung zwischen dem optischen Hilfselement und der Detektoranordnung tritt bei jeder Entfernungsmessung bzw. bei jeder Fokussierung auf. Die kritische korrelierende Stellung liegt vor, wenn eine beste Übereinstimmung zwischen den Strahlungsvcrteilungen auf den beiden Detektoranordnungen auftritt. Dieser Zustand der besten Strahlungsverteilung führt zu einem eindeutigen Wert hinsichtlich der verarbeiteten elektrischen Ausgangssignale.

In den meisten Systemen wird eine Relativbewegung

des optischen Hilfselementes im Bezug auf die Deteki'.^ranordnungen durch die Bewegung einer Linse oder eines Spiegels in Bezug auf die zugeordnete Detektoranordnung hervorrufen. Die besondere Stelle dieses Elementes beim Auftritt der besten Strahlungsüberein-Stimmung liefert einen Hinweis auf die bestehende Objektentfernung. In einem automatischen Fokussiersystem wird die Position des optischen Hilfselementes zum Zeitpunkt der Korrelation benutzt, um die Position, eines primären optischen Elementes, wie beispielsweise der Aufnahmelinse einer Kamera, zu steuern.

Obgleich die Entfernungsmeßeinrichtungen und automatischen Fokussiereinrichtungen dieser Art viele Vorteile aufweisen, erscheinen sie jedoch in mancher Hinsicht verbesserungswürdig. Insbesondere führt die erforderliche Bewegung des optischen Hilfselemenles und die genaue Bestimmung der Lage dieses Elementes beim Auftritt der Korrelation zu einem beträchtlichen mechanischen und elektrisunen Aufwand. Eine Antriebseinrichtung ist ebenfalls erforderlieh, um dem optischen Hilfselement eine Bewegung zu erteilen. Dies führt insbesondere dann bei automatisch fokussierenden Kameras zu Problemen, wenn kritische Anforderungen an die Größe und das Gewicht der Kamera gestellt werden. Darüber hinaus werden hierdurch zusätzliche Kosten hervorgerufen, und es ist die Wahrscheinlichkeit für einen mechanischen Ausfall gegeben.

Verschiedene Systeme sind daher konstruiert worden, die keine beweglichen Abtastspiegel oder Linsen erfordem. Beispielsweise zeigt die US-PS 3945023 eine Anordnung, bei der die Ausgangssignale von Detektoren in zwei Detektoranordnungen ungleicher Länge miteinander verglichen und verarbeitet werden, um einen Hinweis auf die Objektentfernung zu liefern.

Die Aufnahmelinse wird in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Verarbeitung in eine bestimmte Zone bewegt. In einem solchen System ist im Hinblick auf eine hohe Genauigkeit eine relativ große Anzahl von Zonen erforderlich, und es ergibt sich demzufolge ein beträchtlicher Umfang hinsichtlich der Signalverarbeitung. In der älteren deutschen Patentanmeldung P 2905 115 wird daher ein System vorgeschlagen, das eine größere Genauigkeit liefert, indem es die Ausgangssignale verschiedener Detektoren in einer vorbestimmten Weise miteinander kombiniert, um kleiner Zonen zu erzeugen, ohne daß die Detektorgröße herabgemindert werden muß. Es bestehen jedoch noch immer Beschränkungen hinsichtlich der Größe, die verhindern, daß sehr kleine Zonen erzielt werden, wodurch eine Beschränkung der Genauigkeit gegeben ist. In der DE-OS 2725 617 ist ein digitales automatisches Fokussiersystem dargestellt und beschrieben, das eine sehr große Anzahl sehr kleiner Detektorelemente in der Form von ladungsgekoppelten Einrichtungen (CCD) bzw. in der Form von ladungsinjizierenden Einrichtungen (CID) verwendet. Dort empfangt eine erste Detektoranordnung ein erstes und die zweite Detektoranordnung ein zweites Bild des Objektes. Das zweite Bild wird um eine Anzahl »n« von Detektoren auf der zweiten Detektoranordnung gegenüber den entsprechenden Detektoren der ersten Detektoranordnung verschoben. Die Anzahl »n «ist ein Maß für die Entfernung zwischen Objekt und den ersten und zweiten Detektoranordnungen. Während durch dieses System die erzielbare Genauigkeit bedeutsam verbessert wird, sind immer noch zwei Detektoranordnungen und zwei getrennte Linsen erforderlich, um Strahlungswege von einem entfernten Objekte zu jeder der Detektoranordnungen zu bilden.

Aus der US-PS 40 71297 ist eine Einrichtung bekannt, bei der die Austrittspupille einer Aufnahmelinse auf einem Strahlendiskriminator abgebildet wird und eine dem Strahlendiskriminator nacbgeordnete Feldlinse zwei vollständige Bilder der gesmaten Austrittspupille spiegelbildlich auf einer Detektoranordnang erzeugt. Zu diesem Zweck wird der Strahlendiskriminator oszillierend angetrieben bzw. es wird im Weg vor dem Strahlendiskriminator eine Wobbeiplatte angeordnet. Die Feldlinse gibt eine weitere Bildebene vor, in der nicht überlappende Bilder der gesamten Austrittspupille erzeugt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindungen ist es demgegenüber, eine Entfernungsmeß- bzw. automatische Fokussiereinrichtung anzugeben, die bei möglichst geringem Aufwand eine Messung durch das Objektiv der Kamera ermöglicht. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die erfindungsgemäße Einrichtung benutzt eine einzige Linse für den Empfang der Strahlung von einem entfernten Objekt und für die Bildung einer ersten Intensitätsverteilung der Strahlung von dem entfernten Objekt in einer ersten Ebene, wenn sich die Linse in einer ersten Stellung im Hinblick auf diese Ebene befindet. Wenn sich das entfernte Objekt näher an die Linse heranbewegt, so verändert sich die Intensitätsverteilung in der vorbestimmten Ebene, da eine Positionsveränderung der Bildebene für die Linse vorgegeben ist. Die durch die Linse eintretende Strahlung kann so betrachtet werden, daß sie einen ersten durch eine erste Hälfte der Linse hindurchtretenden Teil, und einen zweiten durch eine zweite Hälfte der Linse hindurchtretenden Teil aufweist. Wenn sich das Objekt näher an die Linse heranbewegt, so verändert die durch die erste Hälfte der Linse hindurchtretende Strahlung ihre Lage im Hinblick auf die zweite Hälfte der Linse hindurchtretende Strahlung, so daß sich die durch die beiden Teile der Linse vorgegebenen Intensitätsverteilungen in Bezug aufeinander um einen Betrag bewegen, der von der Entfernung zu dem entfernten Objekt abhängt. Ein Signalverarbeitungsschaltkreis ist vorgesehen, der die Positionsveränderung der Strahlungsverteilungsmuster in der Ebene der Detektoren feststellt und als ein Hinweis auf die Objektentfernung ausgibt.

Anhand der Figuren der heiligenden Zeichnung sei im Folgenden ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 die von einem Punkt eines Objektes ausgehende Strahlung, welche durch eine Linse in einer Ebene fokussiert wird;

Fig. 2 die Änderung der Fokussierung hinsichtlich der Strahlung gemäß Fig. 1, wenn das Objekt näher an die Linse heranrückt;

Fig. 3 die Änderung der Fokussierung hinsichtlich der Strahlung gemäß Fig. 1, wenn das Objekt sich weiter von der Linse entfernt;

Fig. 4 ein Strahlungsverteilungsmuster für drei Punkte eines Objektes;

Fig. 5 ein angenommener Signalverlauf für das Strahiungsverteilungsmuster gemäß Fig. 4;

Fig. 6 die Veränderung des StrahlungsverteilungsmustersgemäßFig. 4, wenn sich das Objekt weiter entfernt;

Fig. 7 die Veränderung des Signalverlaufs gemäß

Fig. 5 bei einem Strahlungsverteilungsmuster gemäß Fig. 6;

Fig. 8 die Veränderung des Strahlungsverteilungsmusters gemäß Fig. 4, wenn das Objekt näher heranrückt;

F i g. 9 die Veränderung der Signalform gemäß F i g. 5 bei einem Strahlungsverteilungsmuster gemäß Fig. 8;

Fig. 10 Linsen und Detektoren, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können;

Fig. 11 eine Nahansicht eines Teiles der Linsen und Detektoren gemäß Fig. 10;

Fig. 12 eine angenommene Signalform für die Detektoren gemäß Fig. 10;

Fig. 13 ein Blockdiagramm eines Signalverarbeitungsschaltkreises, wie er bei der vorliegenden Erfin- !5 dung verwendbar ist;

Fig. 14 eine einäugige Spiegelreflexkamera im Querschnitt mit verschiedenen möglichen Anordnungen der Linsen/Detektorkombination gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 15 eine Filmkamera bzw. eine Fernsehkamera im Querschnitt mit verschiedenen möglichen Anordnungen für die Linsen/Deiektorkombination gemäß der vorliegenden Erfindung.

Gemäß Fig. 1 besitzt eine Linse 10 eine Achse 11, wobei es sich bei der Linse 10 um die Aufnahmelinse einer Kamera handeln kann, die ein Lichtbündel von einem entfernten Objekt in einer ersten Ebene 12 scharf abbildet. In Fig. 1 wird das Licht von dem entfernten Objekt, das durch den oberen Teil der Linse 10 hindurchtritt, in langgestrichelten Linien 14 gezeigt, während das Licht von dem entfernten Objekt, das durch die untere Hälfte der Linsen 10 eintritt, durch kurzgestrichelte Linien 16 gezeigt wird. Es ist erkennbar, daß sämtliche von einem Punkt des entfernten Objekts ausgehende Strahlung, die durch die Strahlen 14 und 16 angedeutet ist und die Linse 10 durchtritt, in einem Punkt 118 auf der Ebene 12 fokussiert wird. Sollte sich das Objekt weiter von der Linse hinwegbewegen oder sich dieser nähern, so erscheint das Bild auf der Ebene 12 unscharf und verwischt.

In Fig. 2 ist das System gemäß Fig. 1 dargestellt, wobei das durch die Linse 10 hindurchtretende Licht von einem Objekt kommt, das gegenüber dem Fall in Fig. 1 sich näher an der Linse 10 befindet. Wie erkennbar, wird nunmehr die von dem Objekt kommende und durch den oberen und den unteren Teil der Linse 10 hindurchtretende Strahlung in einem Punkt 20 fokussiert, der hinter der Ebene 12 liegt. Infolgedessen tritt ein verwischtes Bild in der Ebene 12 auf. Es sei darauf verwiesen, daß die den oberen Teil der Linse 10 durchtretende Strahlung in der Ebene 12 im allgemeinen oberhalb der Achse 11 auftritt, während die den unteren Teil der Linse 10 durchtretende Strahlung in der Ebene 12 im allgemeinen unterhalb der Achse 11 auftritt.

In Fig. 3 ist das System gemäß Fig. 1 dargestellt, wobei sich das Objekt gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Fall weiter von der Linse 10 wegbefindet, und es ist erkennbar, daß die Strahlen 14 und 16 nunmehr in einem Punkt 22 fokussiert werden, der auf der Achse 11 zwischen der Linse 10 und der Ebene 12 liegt. Es ist ebenfalls ersichtlich, daß das Bild erneut in der Ebene 12 verwischt ist. wobei aber die Strahlung, die den oberen Teil der Linse 10 durchtritt, nunmehr im allgemeinen unterhalb der Achse 11 in der Ebene 12 liegt, während die Strahlung, die den unteren Teil der Linse durchtritt, nunmehr im allgemeinen oberhalb der Achse 11 in der Ebene 12 liegt.

Es ist somit aus den Fig. 1,2 und 3 erkennbar, daß die von einem Punkt auf einem entfernten Objekt ausgehende Strahlung entweder direkt in einem Punkt in der Ebene 12 fokussiert wird, wenn sich die Linse 10 in dem geeigneten fokussierenden Abstand befindet, oder in einem Punkt vor oder hinter der Ebene 12 fokussiert wird, wenn der Punkt auf dem Objekt näher an die Linse heran oder weiter von dieser hinwegbewegt wird. In beiden letzteren Fällen tritt eine verwischte Strahlungsverteilung des Lichtes in der Ebene 12 auf, was darauf hindeutet, daß die Linse 10 sich nicht in der richtigen Fokussierstellung befindet. Ferner kann bei dem Idealfall des Eiiizelpunktes gemäß den Fig. 1 bis 3 festgestellt werden, in welcher Richtung die Linse 10 zum Zwecke ihrer Fokussierung bewegt werden muß. wobei dieses Richtungssignal davon abhängt, ob das von dem oberen Teil der Linse 10 kommende Licht oberhalb oder unterhalb der Achse 11 in der Ebene 12 auftrifft.

Fig. 4 zeigt das sich in der geeigneten Fokussierstellung befindliche System gemäß Fig. 1, wobei drei unterschiedliche Punkte 30,32 und 34 auf dem entfernten Objekt abgebildet werden.

Die Lichtintensität in den Punkten 30,32 und 34 verändert sich mit der betrachteten Szene, und die drei Punkte stellen natürlich nur Beispiele dar, da in der Ebene 12 die Lichtintensität aller Punkte des entfernten Objektes und der dieses umgebenden Szene innerhalb des Gesichtsfeldes der Linse abgebildet wird. Es ergibt sich somit in der Ebene 12 ein Lichtenergie-Verteilungsmuster, das sich mit der betrachteten Szene verändert.

Fig. 5 veranschaulicht, wie das Energieverteilungsmuster entlang einer einzigen Linie in der Ebene 12 auftreten kann. Die Kurve 36 veranschaulicht die Lichtintensitätsverteilung in den verschiedenen Punkten entlang einer Linie in der Ebene 12, wobei diese Linie die Punkte 30, 32 und 34 aufweist.

Wenn das Bild in der Ebene 12 in richtiger Weise fokussiert ist, so wird das Licht von der oberen und unteren Hälfte der Linse 10 in dem gleichen Punkt fokussiert, so daß die Intensität des Lichtes im Punkt 30 gemeinsam von dem Licht gebildet wird, das von dem oberen Teil und dem unteren Teil der Linse 10 empfangen wird. In gleicher Weise ist die Lichtintensität i η den Punkten 32 und 34 durch eine Summe der Strahlungen gegeben, die von dem oberen und unteren Teil der Linse 10 empfangen wird.

Fi g. 6 zeigt ein ähnliches System wie in F i g. 4, wobei jedoch das Objekt weiter von der Linse 10 entfernt ist, mit dem Ergebnis, daß sich die Punkte 30,32 und 34 von der Ebene 12 in Richtung auf die Linse 10 bewegt haben und das Bild in der Ebene 12 nunmehr unscharf ist. Es sei jedoch vermerkt, daß Licht von dem unteren Teil der Linse 10 mehr zu der Lichtintensität in der Ebene 12 als das durch den oberen Teil der Linse 10 hindurchtretende Licht beiträgt.

Fig. 7 zeigt die Lichtintensitätsverteilung in der Ebene 12 für den Fall gemäß Fig. 6. In erkennbarer Weise gibt es nunmehr zwei Kurven, die zwar die allgemeine gleiche Form wie die Kurve gemäß Fig. 5. aber nur die halbe Amplitude aufweisen. Eine der Kurven ist im Hinblick auf die andere verschoben, da eine der Kurven Licht veranschaulicht, das durch den oberen Teil der Linse 10 auftrifft, während die andere Kurve Licht veranschaulicht, das durch den unteren Teil der Linse 10 auftrifft. Die Punkte 30, 32 und 34 gemäß Fig. 5 sind in Fig. 7 als Punkie 30' und 30",32' und 32"sowie 34' und 34" dargestellt, wobei der einfache Strich der Lichlvcr-

teilung durch den unteren Teil der Linse 10 und der Doppelstrich der Lichtverteilung durch den oberen Teil der Linse 10 zugeordnet ist. Es ist erkennbar, daß die beiden Kurven gemäß Fig. 7 um einen Betrag χ gegeneinander verschoben sind, und daß dieser Betrag χ die erforderliche Korrektur anzeigt, um die Linse 10 in eine Stellung zurückzuführen, bei der die Lichtstrahlen erneut überlagert sind, wie dies bei den Fi g. 4 und 5 der Fall ist. Mit anderen Worten kann durch eine Bewegung der Linse 10 in Richtung auf die Ebene 12 in F ig. 6 das durch den oberen und unteren Teil der Linse 10 hindurchtretende Licht erneut in den Punkten 30,32 und 34 der Ebene 12 fokussiert werden.

Fig. 8 zeigt ein System ähnlich demjenigen der Fig. 4, wobei sich jedoch das Objekt näher an der Linse 10 befindet, mit dem Ergebnis, daß die Punkte 30, 32 und 34 auf der anderen Seite der Ebene 12 und weiter weg von der Linse 10 liegen, so daß das Bild auf der Ebene 12 erneut unscharf abgebildet wird. Diesesmal ist jedoch die Unscharfe dergestalt, daß das durch den oberen Teil der Linse 10 verlaufende Licht nunmehr im allgemeinen in den oberen Teil der Ebene 12 verschoben wird, während das durch den unteren Teil der Linse 10 verlaufende Licht nunmehr allgemein in den unteren Teil der Ebene 12 verschoben wird.

F i g. 9 zeigt erneut die Intensitätsverteilung des Lichtes in der Ebene 12 als zwei Kurven, die gegenüber der Kurve in Fig. 5 die gleiche allgemeine Form aber nur ungefähr die halbe Amplitude aufweisen, wobei eine Kurve das durch den oberen Teil der Linse 10 und die andere Kurve das durch den unteren Teil der Linse 10 verlaufende Licht repräsentiert. Erneut sind die Punkte 30, 32 und 34 von Fig. 5 in Fig. 9 als Punkte 30' und 30", 32' und 32" sowie 34' und 34" dargestellt, wobei nunmehr jedoch der Punkt 30" vor dem Punkt 30' liegt, da sich das Lichtverteilungsmuster in der anderen Richtung geändert hat. In gleicher Weise tritt der Punkt 32" vor dem Punkt 32' und der Punkt 34" vor dem Punkt 34' auf. Erneut hat eine Verschiebung der beiden Lichtverteilungsmuster stattgefunden, wobei diese Verschiebung dieses Mal gemäß Fig. 9 den Betragj>aufweist. Es ist wiederum erkennbar, daß bei einer Verschiebung der Linse 10 von der Ebene 12 hinweg die Energieverteilungsmuster erneut gemäß Fig. 5 in Übereinstimmung gebracht werden können.

Es ist somit erkennbar, daß durch Bestimmung des Betrags der Verschiebung zwischen den zwei Energieverteilungsmustern der Fehlerbetrag hinsichtlich der Linsenstellung festgestellt werden kann, wobei dieser Betrag die Entfernungsänderung von der Linse zu dem entfernten Objekt anzeigt. In gleicher Weise kann durch Feststellung der Verschiebungsrichtung des durch den oberen Teil der Linse 10 hindurchtretenden Lichtes in bezug auf das durch den unteren Teil der Linse 10 hindurchtretende Licht die für die erforderliche Korrektur notwendige Richtung ermittelt werden.

In den vorrangegangenen Beispielen wurde die Stellung für die Überlagerung der Energieverteilungsmuster so gewählt, daß diese auftritt, wenn sich das entfernte Objekt in einem vorbestimmten Abstand zwisehen der nahesten Entfernung und Unendlich befindet. Der Betrag der Bewegung des Lichtmusters, das durch das durch den oberen Teil der Linse verlaufende Licht gebildet wird, im Hinblick auf das Lichtmuster, das durch das durch den unteren Teil der Linse verlaufende Licht gebildet wird, zeigt den Betrag der Objektbewegung gegenüber der vorbestimmten Entfernung an. Es kann in einigen Fällen erwünscht sein, die Stellung, bei der die beiden Lichtmuster einander überlagert sind, so auszuwählen, daß diese der nahesten oder der weitesten Objektentfernung entspricht. In einem solchen Fall zeigt der Änderungsbetrag hinsichtlich der Position der Lichtmuster immer eine Änderung der Objektentfernung in einer Richtung an, z. B. von Unendlich in Richtung aut den Nahbereich, und die Phase der Lichtverteilungsänderung ist weniger wichtig, da alle Korrekturen der Linsenposition von dem einen Ende ihrer Bewegungsstrecke aus erfolgen.

Fig. 10 zeigt ein System gemäß Fig. 1 mit mehreren ladungsgekoppelten bzw. ladungsinjizierenden Elementen 40 (CCD- bzw. C/D-Elemente) und einer Anzahl kleiner Linsen 41, die in einer Position angeordnet sind, welche in der Nähe der Ebene 12 gemäß Fig. 1 liegt. In Fig. 10 ist eine einzige Reihe von Elementen dargestellt worden, was für die meisten Zwecke ausreichend ist, obgleich es sich versteht, daß mehr als eine Reihe verwendet werden kann bzw. daß andere Konfigurationen wie beispielsweise Muster oder gebogene Reihen Anwendung Finden können.

In F i g. 10 sind die Elemente 40, von denen angenommen wird, daß es sich um CCD-Elemente handelt, hinter der Vielzahl von Linsen 41 angeordnet, die Licht von den oberen und unteren Teilen der Linse 10 empfangen und dieses in getrennte Bilder aufspalten, die auf einzelne Paare von Detektorelementen 40 fallen.

Die Linsen 41 arbeiten als Strahlungsdiskreminiereinrichtung, indem sie so angeordnet sind, daß sie Strahlung von der Austrittspupille der Linse 10 empfangen und ein Bild der Austrittspupille in ihrer Bildebene formen. Jeder der kleinen Linsen sieht somit die Strahlung der gesamten Austrittspupille der Linse 10, wobei aber die Intensität dieser Strahlung in Abhängigkeit von dem Bereich auf dem entfernten Objekt, von dem die Strahlung stammt, variiert. Beispielsweise stammt gemäß Fig. 4 die Strahlung im Punkt 30 von einem kleinen Bereich des entfernten Objektes, wobei jedoch die Strahlung der gesamten Austrittspupille der Linse 10 in diesem Punkt fokussiert ist. In gleicher Weise sieht der Punkt 34 die gesamte Austrittspupille der Linse 10, wobei jedoch die Strahlungsintensität im Punkt 34 völlig verschieden sein kann, da die Strahlung von einem unterschiedlichen Punkt des entfernten Objektes ausgesandt wird. Somit sieht jede d.er kleinen Linsen 41 die gesamte Austrittspupille der Linse 10, wobei aber die Lichtintensität für jede Linse unterschiedlich ist, und von dem Abstrahlungspunkt auf dem entfernten Objekt und der betrachteten Szene abhängt. Jede Linse 41 erzeugt aber ein Bild der Austrittspupille. Die Detektoren 40 sind in der Nähe der Bildebene der Linsen 41 angeordnet und beispielsweise paarweise zusammengeschaltet, so daß bei einem fokussierenden Zustand beide Detektoren eines jeden Paares im wesentlichen die gleiche Strahlungsintensität empfangen, wobei jedoch jeder Detektor Licht von einem unterschiedlichen Teil der Austrittspupille der Linse 10 empfängt. Während die Detektoren in jedem Paar die gleiche Strahlungsintensität empfangen, verändert sich die Strahlungsintensität von Paar zu Paar gemäß der betrachtenden Szene. Dieser Diskriminierungseffekt der Linsen 41 kann ebenfalls durch die Verwendung von Schlitzen, Prismen, Löchern oder anderen optischen Einrichtungen erziehlt werden, durch die sichergestellte wird, daß jeder Detektor Licht nur von einem Teil der Linse 10 empfängt.

Die Linsen 41 bewirken somit eine Aufspaltung des Lichtes in getrennt verwendbare Teile. Diese Anord-

nung ist am besten in F i g. 11 erkennbar, in der 4 Detektorelemente mit den Bezugsziffern 42α, 426, 43α und 436 bezeichnet sind. Ein kleiner Teil der Linsenanordnung 41 ist durch zwei Linsen 42 und 43 veranschaulicht, wobei diese Linsen von der Hauptlinse empfangenes Licht zu den CCD-Elementen 42a, 426, 43a und 436 entlang der Strahlenwege 14,14', 16und 16'übertragen. Das durch den oberen Teil der Linse 10 verlaufende Licht wird durch die langgestrichelten Linien 14 und 14' veranschaulicht, während das durch den unteren Teil der Linse 10 verlaufende Licht durch die kurzgestrichelten Linien 16 und 16' veranschaulicht ist. Das Licht der oberen Hälfte wird den CCDElementen 426 und 436 zugeführt, während das Licht der unteren Hälfte den CCD-Elementen 42a und 43a zugeführt wird. Der durch die Linien 14und 16definierte Lichtkegel stammt von der Austrittspupille der Linse 10 und rührt von einem Punkt auf dem entfernten Objekt her, während der durch die Linien 14' und 16' definierte Lichtkegel ebenfalls von der Austrittspupille der Linse 10 herstammt, aber von einem unterschiedlichen Punkt auf dem entfernten Objekt herrührt.

Im Fokussierzustand empfangen somit beide Elemente 42ö und 426 die gleiche Strahlungsintensität wie die Elemente 43a und 436, wobei jedoch die oberen Detektoren 42a und 43a Strahlung von dem unteren Teil der Linse 10 empfangen, während die unteren Detektoren 426 und 436 Strahlung von dem oberen Teil der Linse 10 empfangen.

Die vorstehend beschriebene Situation trifft für den Fokussierzustand gemäß Fig. 11 zu. Es sei nunmehr angenommen, daß sich das Objekt weiter von der Linse 10 hinwegbewegt, wie dies im Falle der Figuren 3 und 6 der Fall war. Wenn dies geschieht, so werden die kleinen Linsen 42 und 43 Strahlung von Bereichen empfangen, die zuvor benachbarten Linsen zugeordnet waren. Beispielsweise kann nunmehr die kurzgestrichelte Linie 16' auf die Linse 42 auftreffen, so daß der Detektor 42a nunmehr Strahlung aufnimmt, die zuvor auf den Detektor 43a fiel. In gleicher Weise kann die durch die langgestrichelte Linie 14 dargestellte Strahlung nunmehr auf die Linse 43 auftreffen, und die zuvor von dem Element 426 empfangene Strahlung kann nunmehr auf das Element 436 fallen. Infolgedessen ergibt sich, daß sich die von jedem CCD-Element empfangene Strahlung hinsichtlich ihrer Größe gegenüber der zuvor empfangenen Strahlung verändert, und eine Verschiebung des durch die Elemente festgestellten Musters auftritt. In gleicher Weise tritt bei einer Bewegung des Objektes näher an die Linse heran, wie dies bei den Figuren 2 und 8 der Fall ist, eine Verschiebung der Strahlungsintensitäten auf, wobei jedoch diese Verschiebung in entgegengesetzter Richtung erfolgt.

Es ist somit erkennbar, das jedes der CCD-Elemente der Anordnung 40 in F i g. 10 eine Strahlungsgröße empfängt, die mit der Lichtintensität irgendeines Teiles des Objektes variiert, und daß diese Größe sich bei Positionsveränderungen des Objektes im Hinblick auf die Linse 10 verändert.

Fig. 12 zeigi eine Darstellung der Ausganssignale mehrerer CCD-Elemente in der Detektoranordnung 40 bei einem nichtfokussierenden Zustand. InFig. 12 sind die Ausgangssignale eines jeden der CCD-Elemente in der oberen Hälfte eines jeden Paares mit dem Buchstaben A bezeichnet, während die Ausgangssignale eines jeder der CCD-Elemente in der unteren Hälfte eines jeden Paares mit dem Buchstaben B bezeichnet sind. Es ist in der Fig. 12 erkennbar, daß die Kurven nicht überlagert sind, wodurch eine nichtfokussierende Situation gekennzeichnet wird, und es ist erkennbar, daß die den Meßpunkten A zugeordnete Kurve um einen Betrag .v nach rechts verschoben werden muß, um die beiden Kurven aneinander anzupassen. Durch die Anordnung eines Schaltkreises, dem die von jedem der CCD-Elemente erzeugten Signale zugeführt werden, ist es somit möglich, festzustellen, an welcher Stelle die Ausgangssignale der verschiedenen Elemente einander angepaßt sind, und wieweit eine Verschiebung in der einen oder anderen Richtung erforderlich ist, um diese Anpassung herbeizuführen. Dieses Gesamt-Fehler-Signal zeigt sodann den Betrag und die Richtung an, um die die Hauptlinse 10 zu bewegen ist, um eine Angleichung herbeizuführen. Der Betrag ist zugleich ein Maß für die Entfernungsabweichung des Objektes von der gewünschten Stellung.

Ein Schaltkreis zur Signalverarbeitung, der im vorliegenden Fall verwendet werden kann, ist in der DE-OS 27 51 533 dargestellt und beschrieben. Dieser Schaltkreis ist in Fig. 13 gezeigt. Gemäß Fig. 13 repräsentiert das Digitalwort A die Signale, die von den oberen Elementen innerhalb der Paare von CCD-Elementen in der Anordnung 40 gemäß Fig. 10 kommen, während das Digitalwort B die Signale repräsentiert, die von den unteren Elementen der Paare von CCD-Elemente in der Anordnung 40 gemäß Fig. 10 kommen. Der digitale Korrelator gemäß Fig. 13 vergleicht wiederholt das erste Digitalwort A mit dem zweiten Digitalwort B und er erzeugt ein Ausgangssignal, welches die Zahl »n« angibt, die der Anzahl der einzelnen Detektorelemente entspricht, um die das zweite Digitalwort B gegenüber dem ersten Digitalwort A verschoben wurde. Die Zahl »n« entspricht mit anderen Worten dem erforderlichen Abstand, um die beiden Digitalworte in Korrelation zueinander zu bringen, wobei dieser Abstand dem Abstand entspricht, um den die Linse 10 bewegt werden muß, um eine Fokussierung zu erzeugen.

Die beiden Digitalworte werden anfänglich in zwei Schieberegister HOa und 1106 eingegeben. Jedem Schieberegister sind Logikschaltkreise zugeordnet, um nach dem anfänglichen Laden der Schieberegister diese in einen Umlaufzustand zu versetzen. Diese Logikschaltkreise umfassen die UND-Gatter 112a, 1126, 114a und 1146, die Inverter 116a und 1166 sowie die ODER-Gatter 118a und 1186.

Die beiden Digitalworte werden den UND-Gattern 114a bzw. 1146 zugeführt. Diese erhalten ferner von der Steuerlogik 120 ein Steuersignal, während ihre Ausgangssignale den Eingängen der ODER-Gatter 118a bzw. 1186 zugeleitet werden. Das Steuersignal von der Steuerlogik 120 wird in den Invertem 116a und 1166 invertiert und gelangt dann als Eingangssignal an die UND-Gatter 112a und 1126. Diese erhalten als weiteres Eingangssignal das Ausgangssignal des zugehörigen Schieberegisters HOa bzw. 1106 zugeführt. Die Ausgänge der beiden UND-Gatter 112a und 1126 sind jeweils mit dem anderen Eingang der beiden ODER-Gatter 118a und 1186 verbunden.

Im Betrieb werden die UND-Gatter 114a und 1146 durch ein »1 «-Signal der Steuerlogik 120 vorbereitet, so daß die Digitalworte in die Schieberegister 110a und 1106 eingegeben werden können. Das Signal »1« sperrt die UND-Gatter 112a und 1126, so daß die gegenwärtig in den Schieberegistern gespeicherte Information nicht erneut eingegeben werden kann. Nachdem die Digitalworte in die beiden Schieberegister eingegeben sind, schaltet das Steuersignal der Steuerlogik 120 auf »0«

um, wodurch die UND-Gatter 112α und 1126 aktiviert und statt dessen die UND-Gatter 114e und 1146 gesperrt werden. Nunmehr befinden sich die Schieberegister im Umlaufzustand, in welchem jeweils das am Ausgang des Schieberegisters auftretende Signal 5 über die Gatter 112 und 118 erneut zum Eingang des Schieberegisters gelangt.

Der Inhalt der Schieberegister HOe und 1106 wird sodann auf Grund zweier Taktsignale CLKA und CLK B, die von der Steuerlogik 120 kommen, verschoben. Der Taktgeber 122 liefert Synchronisationssignale an die Steuerlogik 120. Jedesmal, wenn ein Signal »1« an den Ausgängen beider Schieberegister 110a und 1106 gleichzeitig erscheint, erzeugt das UND-Gatter 124 gleichzeitig mit dem durch die Steuerlogik 120 erzeugten Tastimpuls einen Ausgangsimpuls. Diese Ausgangsimpulse des UND-Gatters 124 werden im Binärzähler 126 gezählt.

Die Anzahl der Taktimpulse CLK A und CLK B entspricht genau der Anzahl von Bits in den Schiebregistern 110a und 1106. Bei Beendigung eines vollständigen Umlaufs des Schieberegisterinhaltes wird der im Binärzähler 126 angefallene Zählstand in den Speicher 128, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff, übertragen und zwar in einen Speicherplatz, der durch den Zustand des Adressenzählers 130 vorgegeben ist. Vor dem Auslösen der Korrelationsfolge wird der Adressenzähler 130 gelöscht. Damit erscheint die Anfangsspeicheradresse und die erste Speichereingabe unter der niedrigsten Adresse. Die Anzahl der in einem bestimmten Speicherplatz des Speichers 128 gespeicherten Zählstände ist ein Maß für die Ähnlichkeit zwischen den während eines Vergleichzyklus verglichenen Bits des ersten und des zweiten Digitaiwortes.

Bei Beendigung des ersten Umlaufs des Inhalts der Schieberegister HOound 1106, d. h. am Ende des ersten Vergleichzyklus, wird ein zusätzlicher Taktimpuls am Takteingang des Schieberegisters 1106 erzeugt. Dieser Taktimpuls verschiebt den Inhalt dieses Schieberegisters gegenüber demjenigen des anderen Schieberegisters llOflum ein Bit. Gleichzeitig wird der Adressenzähler 130 um einen Schritt fortgeschaltet. Der Zähler 126 wird gelöscht, und es wird ein zweiter Vergleichszyklus hinsichtlich der beiden Registerinhalte ausgelöst. Erneut werden die Ausgangsimpulse des Gatters 124 im Zähler 126 gezählt. Diese Bearbeitungsfolge wird fortgesetzt, bis die Anzahl der Verschiebungsschritte gleich dem Maximalwert von »n« ist. Jedesmal wird am Ende eines Vergleichzyklus der Zählerstand des Zählers 126 in den Speicher 128 eingegeben, und zwar unter der nächst höheren Adresse, die durch Fortschaltung des Adressenzählers 130 um jeweils einen Schritt für jeden Vergleichszyklus angegeben wird.

Diebeste Korrelation entspricht der Adresse des während der Vergleichszyklen im Speicher 128 gespeicherten höchsten Zählstandes. Der letzte Schritt besteht in der Feststellung dieser Adresse. Der höchste Zählstand im Speicher 128 wird folgendermaßen bestimmt:

Der Adressenzähler 130 wird auf die höchste Adresse eingestellt entsprechend einem Zählstand »1» in allen Positionen des Adressenzählers 130. Diese Adresse wird in die Verriegelungsschaltung 132 eingegeben. Statt dessen könnte die in der Verriegelungsschaltung 132 zu speichernde Zahl auch von einer anderen Quelle als dem Adressenzähler 130 bereitgestellt werden. Es ist lediglich erforderlich, daß die in der Verriegelungsschaltung 132 anfänglich gespeicherte Zahl dem höchstmöglichen im Speicher 128 gespeicherten Zählstand entspricht, d. h. dem Zählstand, bei dem alle Stellen den Wert »1« aufweisen. Die in der Verriegelungsschaltung 132 gespeicherte Zahl muß jedesmal um eins verringert werden, wenn bei einer vollständigen Absuchung des Speichers 128 keine Übereinstimmung gefunden wurde. Der Adressenzähler 130 stellt hierbei eine geeignete Einrichtung zur Vorgabe der Zahl und zu deren schrittweiser Erniedrigung dar.

Nachdem der höchste Zählstand in der Verriegelungsschaltung 132 gespeichert ist, wird der Adressenzähler 130 schrittweise nacheinander auf Null zurückgestellt. Alle Speicherplätze im Speicher 128 werden nacheinander adressiert, und ihr Inhalt wird von dem Vergleiciier 134 der Verriegelungseinrichtung 132 verglichen. Wenn irgendein Speicherplatz im Speicher 128 in allen Bitpositionen den Wert »1« aufweist, so erzeugt der Vergleicher 134 ein Ausgangssignal am Ausgang C, welches anzeigt, daß eine Übereinstimmung gefunden wurde. An dieser Stelle wird der Korrelationsvorgang unterbrochen, und es wird die in dem Adressenzähler 130 zu diesem Zeitpunkt enthaltene bestimmte Adresse in die Verriegelungseinrichtung 132 eingegeben. Diese Adresse entspricht der Zahl »«<.

Wird keine Übereinstimmung mit dem höchsten Zählstand gefunden, so wird der Adressenzähler 130 von seinem vorherigen höchsten Zählstand um einen Schritt zurückgeschaltet, und es wird dieser Zählstand in die Verriegelungsschaltung 132 eingegeben. Dieses Erniedrigen der Adresse und Vergleichen der Speicherinhalte des Speichers 128 und der Verriegelungseinrichtung 132 wird solange fortgeführt, bis eine Übereinstimmung gefunden ist. An dieser Stelle wird der Korrelationsvorgang abgeschlossen, und der Vergleicher 134 liefert ein Übereinstimmungs-Ausgangssignal. Die spezielle Speicheradresse, unter der der Vergleich auftrat, stellt die Zahl »n « dar. Die Steuerlogik 120 veranlaßt die Eingabe der Adresse in die Verriegelungsschaltung 132, sobald sie vom Ausgang des Vergleichers 134 ein Übereinstimmungssignal zugeführt erhält. Das Ausgangssignal der Verrieglungsschaltung 132 gibt die Zahl »n« wieder.

Da das Ausgangssignal der Verriegelungsschaltung 132 die Zahl »n« repräsentiert, die den Betrag anzeigt, um den die Linse 10 zu verschieben ist, kann dieses Signal benutzt werden, um einen Motor oder eine Antriebseinrichtung zur Positionierung der Linse 10 einer solchen Stellung anzutreiben, daß eine geeignete Fokussierung auftritt. Eine andere als die in Fig. 13 für die Erzeugung des gesuchten Korrelationssignales dargestellte Einrichtung kann durch den Fachmann gewählt werden.

Es ist somit erkennbar, daß ein digitales automatisches Fokussiersystem geschaffen wird, das bei Spiegelreflexkameras und Film -bzw. Fernsehkameras Verwendung finden kann.

Fig. 14 Zeigt eine einäugige Spiegelreflexkamera, bei der Licht von einem entfernten Objekt durch die Aufnahmelinse 10 auf einen teildurchlässigen Spiegel 300 auftrifft und auf einen dahinterliegenden Spiegel 305 fällt. Die Spiegel 300 und 305 werden normalerweise bei der Bildaufnahme weggekippt, so daß Licht von der Linse 10 auf den Film 310 fällt. Ein Teil des Lichtes wird von der Oberfläche des Spiegels 300 reflektiert und über eine Linse 312 auf ein Prisma 314 geworfen, in welchem es intern zweimal reflektiert wird und durch eine Linse 316 auf das Auge des Fotografen fällt, so daß er die zu fotografierende Szene betrachten kann. Es gibt eine Anzahl von Orten, an denen das erfindungsgemäße

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System aus Sekundärlinse und Sensoranordnung angeordnet werden kann. Diese Orte sind in Fig. 14 durch die Positionen A, E -md Cgekennzeichnet. In der Position A fallt Licht durch die Linse 10 und den Spiegel 300 auf den Spiegel 305, von welchem es auf die CCD-Detektoranordnung und Linsenanordnung 330 reflektiert wird. In der Position B fällt das von dem Spiegel 300 refelektierte Licht über die Linse 312 in das Prisma 314 und wird außerhalb des Prismas 314 durch einen Spiegel 340 reflektiert, der das Licht über eine Linse 350 auf die CCDElemente- und Linsenanordnung 355 wirft. In der Position C fällt das Licht hinter dem Prisma 314 auf einen teildurchlässifeen Spiegel 360, der das Licht teilweise nach oben über eine Linse 362 auf eine CCD-Element- und Linsenanordnung 365 wirft. Diese und andere Positionen liegen dem Fachmann auf der Hand und sind in Fig. 14 nur beispielshalber dargestellt.

Wenn die erfindungsgemäße Einrichtung bei einer Filmkamera oder einer Fernsehkamera Verwendung findet, so kann die Anordnung von CCD-Elementen und zugeordneten Sekundärlinsen an einer unterschiedlichen Anzahl von Orten erfolgen, wie dies aus Fig. 15 ersichtlich ist.

In Fig. 15 ist schematisch eine Filmkamera dargestellt, die durch ein Zoom-Linsensystem 400 Licht von einem entfernten Objekt aufnimmt und dieses über einen Strahlteiler 410 einer Linse 420 zuführt, von der es auf das Filmmagazin 430 geworfen wird. Von dem Strahlteiler 410 wird ebenfalls Licht nach oben über eine Linse 435 zu einem Spiegel 437 reflektiert, von wo es über die Linsen 438, 440 und 442 auf das Auge des Betrachters fällt. Erneut sind hier drei Positionen Ä, B' und C für die mögliche Anordnung der aus CCD-Elementen und der Sekundärlinse bestehenden Kombination dargestellt. Bezüglich der Position Ä trifft das durch das Zoom-Linsensystem, den Strahlteiler 410 und die Linse 420 eintretende Licht auf einen teildurchlässigen Spiegel 450, der das Licht gegen die CCD-Element- und Linsenanordnung 452 wirft. Hinsichtlich der Position E durchläuft das Licht hinter der Linse 435 einen teildurchlässigen Spiegel 437 und eine Linse 460, bevor es auf die CCD-Element- und Linsenanordnung 462 fällt. In der Position C wird das Licht hinter der Linse 438 einem teildurchlässigen Spiegel 470 zugeführt, und ein nachgeschalteter Spiegel 472 wirft über eine Linse 473 das Licht auf die CCD-Element- und Linsenanordnung 475. Andere Orte für die CCD-Element- und Linsenanordnung liegen dem Fachmann auf der Hand, und die Positionen gemäß Fig. 15 stellen nur Beispiele dar.

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Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Erzeugung eines mit der Entfernung zu einem Objekt veränderlichen Ausgangssignales, mit einer Strahlung von dem Objekt zu einer Detektorpaare aufweisenden Detektoranordnung übertragenden Aufnahmelinse, einem zwischen der Aufnahmelinse und der Detektoranordnung in der Nähe der Bildebene der Aufr.ahmelinse angeordneten Strahlendiskriminator und einer Schaltungsanordnung zum Vergleich der Ausgangssignale der Detektoranordnung, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

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