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Vorrichtung zur Bestimmung des Parallaxwinkels zwischen zwei
Strahlengängen
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beiderseitsWinkeländerung kann auf die Verstelleinrichtungen für Entfernung, Blende und Zeit dabei derart übertragen werden, dass sich jeweils die richtigen Werte einstellen (deutsche Auslegeschrift 1062543).
Diese bekannte Vorrichtung ist wohl geeignet, ein einmal angemessenes Objekt auch in bezug auf seine Entfernung zu verfolgen, nicht aber die Entfernung eines beliebigen Objekts, auf das einer der Messstrahlen gerichtet wird, selbsttätig zu ermitteln.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, unter Verwendung des Prinzips des Basisentfernungsmessers mit seiner hohen Messgenauigkeit eine Einrichtung zu schaffen, d ie die aufgezeigten Mängel beseitigt. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zur selbsttätigen Entfernungsmessung die bei unterschiedlicher Helligkeitsverteilung der beiden Abbildungen eine Spannungsdifferenz erzeugenden pho- toelektrischen Empfänger unter Zwischenschaltung einer Verstärkereinrichtung bzw. einer Relaisanordnung mit einem zum Einstellen der dem anvisierten Objekt zugeordneten Parallaxe dienenden Verstellmotor zwecks Steuerung elektrisch verbunden sind.
Damit ist neben der Entfernungsmessung eine automatische Objektivverstellung möglich. Die vier erwähnten Empfänger bilden eine Brückenschaltung mit der Eigenschaft, dass sich die Photoströme bei richtig eingestellter Entfernung vollständig kompensieren, bei unrichtig eingestellter Entfernung jedoch einen Steuerstrom erzeugen, der mittelbar über ein Relais, oder nach Verstärkung direkt auf den Servomotor wirkt, der die der Objektentfernung entsprechende Abgleichsstellung herbeiführt.
Die Ausführungsform mit geteiltem Messfeld hat gegenüber der mit ungeteiltem Feld mehrere Vorteile ; u. zw. wirkt sich eine Helligkeitsverteilung innerhalb des Objekts stärker als bei ungeteiltem Feld aus. Auch sehr schlanke, die Breite des Messfeldes wesentlich unterschreitende Objekte sind der Messung zugänglich, wenn das Objekt in der Weise anvisiert wird, dass die Teilungslinie des Messfeldes das Objekt schneidet. Ausserdem ist der Absolutwert der Beleuchtungsstärke in den beiden Messfeldern ohne Belang, da es für den Abgleich nur auf das Verhältnis der integralen Beleuchtungsstärken in den beiden Teilfel- dern des bzw. der Messfelder ankommt.
Um bei der praktischen Handhabung eines automatischen Entfernungsmessers nach der Erfindung zu brauchbaren Messergebnissen zu kommen, müssen gewisse Vorsichtsmassregeln angewendet werden, die bei entsprechender Ausbildung des Entfernungsmessers die Handhabung aber nicht erschweren. Zu Beginn der Messung ist im allgemeinen damit zu rechnen, dass der Entfernungsmesser stark verstellt ist. Besonders dann, wenn sehr kleine Objekte angemessen werden sollen, oder wenn der Entfernungsmesser eine sehr grosse Basis besitzt, ist es zweckmässig, zu Beginn der Messung ausser dem anvisierten Objekt noch Teile des Umfeldes in das bzw. die Messfelder abzubilden.
Während der Messung werden dann Messfeld und Objekt mehr und mehr in bezug auf ihre Grösse aneinander angeglichen.
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das Messfeld bei konstantem Abbildungsmassstab allmählich oder in Stufen, u. zw. motorisch-automatisch oder von Hand verändert. Es ist sogar möglich, dabei so zu verfahren, dass das Messfeld während der Messung völlig zusammenschrumpft. Eine Fehleinstellung Ist dabei nicht zu erwarten, da der Entfernungsmesser auf diese Weise immer unempfindlicher wird und praktisch den bei optimaler Messfeldgrösse gewonnenen Einstellwert beibehält. Sofern das Objekt gegen strukturlosen Hintergrund, z. B. gegen den Himmel anvisiert wird, ist diese Arbeitsweise nicht notwendig, da ein im Messfeld zur Wirkung kommender Anteil des Hintergrundes dann die Messung nicht fälscht.
Das gleiche ist der Fall, wenn beabsichtigt ist, den Entfernungsmesser automatisch auf eine mittlere Entfernung von im Messfeld befindlichen Objekten einzustellen.
Unter diesen Bedingungen stellt sich der Entfernungsmesser richtig ein, und das Kameraobjektiv erzeugt in der Auffangfläche ein scharfes Objektbild. Das früher übliche subjektive Einstellprinzip nach dem Schnittbild- bzw. Mischbildverfahren wird also durch ein automatisch arbeitendes objektives ersetzt.
Besonders geeignet ist das erfindungsgemässe Verfahren für Laufbild- und Fernsehkameras, bei denen häufig der Wunsch besteht, das Objektiv laufend auf ein sich näherndes oder entfernendes Objekt scharf einzustellen.
In den Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung an Hand von vier Ausführungsbeispielen schematisch veranschaulicht.
Fig. l ist ein Schema eines vereinfachten Funktionsmusters. Die Fig. 2a und 2b erläutern den automatischen Einstellungsvorgang an Hand eines Sucherbildes, Fig. 4 zeigt eine Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung zur automatischen Entfernungsmessung bzw. Einstellung, die Fig. 3a und 3b erläutern den Einstellvorgang an Hand des Sucherbildes, Fig. 5 zeigt Einzelheiten der Elektrodenanordnung der Photowiderstände, Fig. 6 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes, die Fig. 7 a und 7b zeigen die zu diesem Ausführungsbeispiel gehörenden Sucherbilder, Fig. 8 ist das
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Schema einer weiteren Ausführungsvariante, die Fig. 9a und 9b erläutern den Messvorgang an Hand von
Sucherbildern und Fig. 10 zeigt ein Detail der Vorrichtung in grösserem Massstab.
Die Fig. l, welche sinnfällig den Grundgedanken des erfindungsgemässen Verfahrens zum Ausdruck bringt, zeigt die beiden Messstrahlengänge mit den Objektivlinsen 1 und 2, den Rechteckblenden 3, 4 und den Photowiderständen 5, 6, die Licht von den Objektbildern 7, 8 empfangen. Zum Zwecke des Parallaxenausgleichs kann die Objektivlinse 2 mittels der an der Fassung 9 befestigten Zahn- stange 10, dem Zahnrad 11, dem Schneckenrad 12 und der durch den Motor 14 angetriebe- nen Schnecke 13 parallel zur Rechteckblende 4 verschoben werden. Jeder Stellung der Linse 2 entspricht eine bestimmte Objektentfernung, die an der Skala 15 aus der Stellung des Zeigers 16 abgelesen werden kann.
Der zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Sucher ist im Beispiel als Newtonsucher mit den beiden Negativlinsen 17, 18 und dem Okular 19 dargestellt. Die Negativlinse 18 ist in bekannter
Weise randverspiegelt, um die Messfeldbegrenzungsmaske 20, die der Rechteckblende 3 entspricht, in den Sucherstrahlengang nach dem Prinzip des Albadasuchers einzuspiegeln.
Die elektrische Schaltung umfasst zunächst eine Brückenanordnung, in deren einem Zweig sich die
Photowiderstände 5,6 und in deren anderem Zweig sich der einstellbare Widerstand 21 und der Fest- widerstand 22 befinden. Sie wird durch die Batterie 23 mit Strom versorgt. Die in den Verzwei- gungspunkten zwischen den Photowiderständen 5,6 und dem Widerstand 21 und dem Festwiderstand
22 auftretende Diagonalspannung wirkt auf die komplementären Schalttransistoren 24 und 25, die je nach der Polarität der Diagonalspannung über die Emitter- Kollektorstrecke den Motor 14 entweder mit der Batterie 26 oder der Batterie 27 verbinden und Rechts- oder Linkslauf des Motors bewirken.
Der automatische Einstellvorgang wird an Hand der Fig. 2a und 2b erläutert. Fig. 2a zeigt das Sucher- bild mit dem Messfeld 7', das durch die Blende 3 rechteckig begrenzt wird. Fig. 2b zeigt das im all- gemeinen parallaktisch abweichende Bild des zweiten Messstrahlenganges mit eingetragener Umrandung des Messfeldes 8'. Während des Messvorganges verstellt sich 8'so lange, bis es in die gleiche Lage wie 7'kommt. Mit Hilfe der Photowiderstände 5. 6 werden die Objektbilder 7,8 photometriert.
Weist das anvisierte Objekt, in diesem Fall die Hauskante, einen deutlichen Hell-Dunkelsprung auf, so ist der Unterschied in der Integralhelligkeit der beiden Objektbilder 7,8 eindeutig parallaxenabhän- gig. Die Brückenanordnung 5,6, 21,22 wird mit dem Widerstand 21 derart justiert, dass sie sich bei annähernd gleicher integraler Beleuchtungsstärke auf den Photowiderständen 5,6 im Gleichge- wicht befindet, bei abweichender Beleuchtungsstärke jedoch eine als Steuerspannung für den Motor 14 wirkende Diagonalspannung liefert. Wie bereits beschrieben, wirkt sie auf die Schalttransistoren 24,25 in der Weise, dass der Motor 14 die Abgleichstellung herbeiführt. Als Ergebnis dieses Einstellvorganges kann die Entfernung des Objekts, in diesem Fall der Hauskante, mit dem Zeiger 16 an der Skala 15 abgelesen werden.
Offensichtlich versagt das Funktionsmuster nach Fig. l bei Objekten, deren Ausdehnung die der Öff- nung der Rechteckblende wesentlich unterschreitet. Solche Verhältnisse liegen insbesondere vor, wenn, wie in Fig. 3a und 3b dargestellt, auf die Entfernung eines schlanken Objektes, etwa eines Baumstammes, eingestellt werden soll. Die Breite dieses Stammes sei wesentlich kleiner als die Breitenausdehnung der
Messfelder 7'bzw. 8'. Um die Messgenauigkeit zu erhöhen, ist es zweckmässig, die Öffnung der Recht- eckblende in der durch die gestrichelten Linien 7a bzw. 7b angedeuteten Weise einzuschränken.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, die Öffnungen der Rechteckblenden 3, 4 durch
Trennlinien 28,29 in zwei Hälften zu teilen, die getrennt durch insgesamt vier Empfänger photome- triert werden. In diesem Fall ist lediglich darauf zu achten, dass die Trennlinie 28 das Messobjekt, d. h. den Baumstamm, durchsetzt.
Eine für geteilte Messfelder nach dem erfindungsgemässen Verfahren anwendbare Vorrichtung zur
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reellen Objektbilder 7, 8 erscheinen. Zur Bildteilung sind die Prismen 30,31 vorgesehen, die im Verein mit den Linsen 32,33 und 34,35 auf zweigeteilten Photowiderständen 5a, 6a je zwei benachbarte Bilder 36,37 bzw. 38,39 der Eintrittspupille, d. h. der Öffnungen von 1 bzw. 2, entwerfen.
Mit der dargestellten optischen Anordnung ist es möglich, die Breite der Messfelder ohne Beeinflussung der Ausleuchtung der Photowiderstände 5,6 zu variieren. Für diesen Zweck ist der Hebelmechanismus 40, 41 bestimmt, der durch den Triebknopf 42 und das Zahnrad 43 betätigt werden kann.
Durch Drehung von 42 werden nicht nur die durch die Rechteckblenden 3 und 4 begrenzten Messfel-
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der in der Breite variiert, sondern auch die Markierung 44 des Messfeldes im Sucher. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Sucher als Fernrohrsucher mit reellem Zwischenbild 45 dargestellt und umfasst ausser dem Objektiv 46 noch die Linsen 47 - 51 zur Zwischenabbildung bzw. Bildaufrichtung, an die sich das Okular 52 anschliesst.
Für den Abgleich ist bei diesem Ausführungsbeispiel in an sich bekannter Weise das Drehkeilpaar 53,54 vorgesehen, dessen Fassungsteile 55,56 für den Antrieb schrägverzahnt sind und gemeinsam über das Kegelrad 57 und das Schneckengetriebe 58, 59 durch den Motor 14 angetrieben werden. Die je mit drei Stromanschlüssen versehenen Photowiderstände 5a und 6a bilden die beiden Zweige einer von den Batterien 26,27 gespeisten Brücke, in deren Diagonalzweig sich das polarisierte Relais 60 befindet. Je nach der Stromrichtung im Relais verbindet es den Schalthebel 61 mit den
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63 und bewirkt so Rechts- oder Linkslauf des Motors.kennbar sind drei kammartig ineinandergreifende metallische Elektrodenraster 64 - 66, die eine auf einer Glasunterlage befindliche Photowiderstandsschicht, z. B. aus Cadmiumselenid, bedecken.
Mit Hilfe der Elektrodenraster 65 und 66 kann jeder Hälfte des Photowiderstandes getrennt Photostrom entnommen werden, der über den äusseren Stromkreis in das gemeinsame Kammraster zurückfliesst.
An Hand der Fig. 3a und 3b wird die Wirkungsweise des Ausführungsbeispieles nach Fig. 4 erläutert.
Da das Objektbild 7 auf den einen Brückenzweig, das Objektbild 8 auf den andern Brückenzweig der von den Photowiderständen 5a und 6a gebildeten Brücke wirkt, ist für den Brückenabgleich das Verhält- nis der mittleren Beleuchtungsstärken links und rechts der durch die Prismenkanten gebildeten Trennlinien 28 bzw. 29 massgebend. Durch die Brücke wird über das polarisierte Relais 60 der Motor 14 in Tätigkeit gesetzt, wenn das Verhältnis der mittleren Beleuchtungsstärken und folglich auch der Hellwiderstände bei den beiden Photowiderständen voneinander abweicht, bis der Abgleich vollzogen ist. Die Abgleichstellung kann wieder dazu benutzt werden, die Objektentfernung an einer nicht gezeichneten Skala abzulesen oder ein Objektiv auf die Entfernung einzustellen.
Der Vorzug der Vorrichtung nach Fig. 4 besteht darin, dass es möglich ist, beliebige, auch schlanke Objekte so anzuvisieren, dass sie in der Mitte des Messfeldes erscheinen, und dass die Messfeldausdehnung der Objektgrösse angepasst werden kann.
Fig. 6 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel, das sich von den bisher beschriebenen dadurch unterscheidet, dass die von den den parallaktischen Winkel einschliessenden Strahlengängen erzeugten Objektbilder zwei Photozellen in zeitlicher Aufeinanderfolge dargeboten werden. Die optische Anordnung umfasst einen Basisentfernungsmesser mit getrenntem Fernrohrsucher. Der Entfernungsmesser besteht wie übliche Mischbildentfernungsmesser aus dem Lichtteilungswürfel 67 und dem Schwenkspiegel 68, der zur Herstellung des Abgleiches über das Zahnsegment 69 und die Schnecke 70 vom Motor 14 angetrieben wird.
In Einfallsrichtung des Strahlenbüschels 75 folgen auf die Teilungswürfel 67 das Objektiv 71 und die Kondensorlinse 72. Zusätzlich ist der Motor 73 vorgesehen, der die Kegelblende 74 bewegt, die abwechselnd die Lichtstrahlen 75 und 76 der beiden Messstrahlengänge des Entfernungsmessers abdeckt. Diese beiden Strahlengänge erzeugen in der Ebene der Irisblende 77 abwechselnd die beiden Objektbilder 7 bzw. 8. Durch die Kante des Spiegelprismas 78 ist das kreisrunde Messfeld der Irisblende 77 mittengeteilt. Auf diese Weise entstehen zwei Bildhälften, deren Licht über die Spiegel 79,80 den Photozellen bzw. Photowiderständen 5,6 zugeführt wird. Der Fernrohrsucher ist durch die Linsen 81,82 und den Tubus 83 angedeutet. Er ist um eine im Spiegel 84 liegende Achse 85 senkrecht zur Zeichenebene drehbar. Zu diesem Zweck ist der Sucher und der Spiegel 84 auf der Platte 86 montiert.
Durch Drehung des Spiegels 84 mit dem Handgriff 87 kann erreicht werden, dass das Messfeld relativ zum Gesichtsfeld des Suchers in horizontaler Richtung frei verschiebbar ist. Um die Lage dieses Messfeldes im Sucher erkennen zu können. ist der halbdurchlässige Spiegel 87a zur Einspiegelung der Öffnung der Irisblende in den Sucherstrahlengang vorgesehen.
Die Photozellen bzw. Photowiderstände 5,6 erhalten ihre Vorspannung aus der Batterie 88, die ihnen überArbeitswiderstände 89,90 zugeführt wird. Das Nutzsignal wird den Photozellen über Widerstände 91,92 entnommen und über den Kondensator 93 dem Wechselspannungsverstärker 94 zugeführt. Ausgangsseitig ist an den Verstärker der Ringdemodulator 95 angeschlossen, der über die Widerstände 96 - 99 den Motor 14 mit Gleichspannung versorgt. Damit diese Spannung beim Durchgang durch die Abgleichsstellung ihr Vorzeichen wechselt, wird dem Ringdemodulator 95 in bekannter Weise eine zweite konstante Wechselspannung zugeleitet, die in gleicher Weise wie die Nutzspannung im Rhythmus der Verdunkelungsfrequenz der Kegelblende 74 ihr Vorzeichen wechselt.
Sie entsteht durch Induktion in der Spule 100 unter der Wirkung des auf der Achse der Kegelblende 74 rotieren-
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den Permanentmagneten 100a. Diese Hilfsspannung wird im Verstärker 101 so weit verstärkt, dass sie die Nutzspannung übersteigt. Wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel erhält die Verstärkeranordnung dadurch die Eigenschaft, in eine solche Stellung zu steuern, dass das Verhältnis der mittleren Beleuchtungsstärke der linken zur rechten Bildhälfte beim Objektbild 7 und 8 gleich gross ist, d. h. dass die Objektbilder 7 und 8 praktisch übereinstimmen.
Wieder kann aus dieser Einstellung dann ein Messwert für die Objektentfernung abgelesen werden, oder sie kann dazu benutzt werden, ein Gerät oder das Objektiv einer Kamera auf die Objektentfernung einzustellen.
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geöffneter Blende kann nun der Fall eintreten, dass sich ausser dem anvisierten Objekt, im Beispiel einer Person, noch weitere Gegenstände, z. B. ein Baum, im Messfeld befinden. Die Automatik zeigt dann einen Mittelwert der Entfernung von denjenigen im Messfeld befindlichen Objekten an, die sich in ihrer Helligkeit vom Hintergrund abheben.
Anderseits ist es unzweckmässig, das Messfeld von vornherein auf das anvisierte Objekt zu beschränken, da der Entfernungsmesser anfänglich stark verstellt sein kann, so dass Fehleinstellungen möglich sind.
Um diese Möglichkeiten auszuschalten, wird in Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, die Grö- sse des Messfeldes während der Messung von einem Grösstwert beginnend allmählich zu verkleinern. Für diesen Zweck ist der Motor 102 vorgesehen, auf dessen Achse sich das Zahnrad 103 befindet, das die Fassung der Irisblende 77 über eine aussen angebrachte Zahnteilung verstellt. Die Verkleinerung der Irisblende 77 kann so weit getrieben werden, dass das Messfeld die Objektgrösse unterschreitet oder in der Grenze sogar Null wird. Die Automatik wird bei abnehmender Messfeldgrösse immer unempfindlicher und bleibt schliesslich auf einer bei einer mittleren Messfeldgrösse gewonnenen Einstellung stehen.
Bei dieser Einstellmethode wird immer eine dem Objekt optimal angepasste Messfeldgrösse durchlaufen, wodurch eine grosse Einstellgenauigkeit erreicht wird. Durch weitere, nicht dargestellte Mittel wird nach beendeter Einstellung die Irisblende 77 wieder für die nächste Messung geöffnet. An Stelle der Photozellen bzw. Photowiderstände S, 6 können mit Vorteil auch Sekundäremissionsphotozellen Anwendung finden. Beide Empfängerarten haben den Vorteil der Trägheitslosigkeit und gewährleisten deshalb eine hohe Einstellgeschwindigkeit.
Das in Fig. 8 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens verwendet das in Kameras oft benutzte Einstellprinzip des Schärfenindikators. Bei diesem Prinzip bedient man sich ablenkender Keile in der Einstellebene und beobachtet ihre Wirkung auf die auf die Keilflächen entfallenden Bildteile. Keine Bildablenkung tritt ein, wenn die Symmetrieebene der Keile mit der Einstellebene zusammenfällt.
In Anwendung dieses Prinzips weist der automatische Entfernungsmesser nach Fig. 8 ein in axialer
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ebene der Ablenkkeile 106,107 auf den Photowiderstand 5a abgebildet.
Für den Fall, dass die auf die Keilflächen entfallenden Bildteile nicht mit der Symmetrieebene zusammenfallen, erzeugen die Linsen auf dem Photowiderstand 5a parallaktisch gegeneinander versetzte Objektbilder 7,8. Dadurch, dass die Ablenkkeile 106, 107 an der Blattfeder 105 befestigt sind, können sie in der durch den Pfeil 112 angedeuteten Richtung parallel zur Schärfenebene schwingen.
Die Objektbilder 7,8 werden infolgedessen dem Photowiderstand 5a in zeitlicher Aufeinanderfolge dargeboten. Wie in Fig. 5 dargestellt, hat der Photowiderstand 5a die drei Stromanschlüsse zu den Elektrodenrastern 64 - 66. An 65 und 66 ist die Batterie 23 angeschlossen. Bei der Benutzung des Entfernungsmessers kann dann bei 64 über den Kondensator 93 immer dann eine Wechselspannung entnommen werden, wenn die Schärfenebene des Objektivs 104 nicht mit der Symmetrieebene der Ablenkkeile 106,107 zusammenfällt. Wie bei dem Beispiel nach Fig. 6 wird die bei ständiger Schwingung der Ablenkkeile 106,107 auftretende Wechselspannung im Wechselspannungsverstärker 94 so weit verstärkt, dass sie nach Gleichrichtung im Ringdemodulator 95 den Motor 14 steuern kann, dem sie über die Widerstände 96 - 99 zugeführt wird.
Damit die dem Motor 14 zugeführte Gleichspannung beim Durchgang der Schärfenebene durch die Keilebene ihre Polarität wechselt, wird wieder eine konstante Hilfsspannung gleicher Frequenz benötigt, die dem Oszillator 113 entnommen und dem Ringdemodulator 95 gleichfalls zugeleitet wird. Ebenfalls aus dem Oszillator 113 wird der Elektromagnet 114 mit der Wicklung 115 gespeist, so dass die Blattfeder 105 im Rhythmus der Oszillatorfrequenz schwingt.
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Würde das Bild, das am Ort des Photowiderstandes 5a entsteht, auf einer Mattscheibe aufgefangen, so würden zu verschiedenen Zeitpunkten die in den Fig. 9a und 9b dargestellten Bewegungszustände sichtbar werden. Die beiden Figuren machen deutlich, dass sich bei dem anvisierten Objekt durch die Wirkung der Ablenkkeile 106,107 zu jedem Zeitpunkt ein anderes Helligkeitsverhältnis der linken zur rechten Bildhälfte innerhalb der Begrenzung von 7'einstellt. Dieser ständige Wechsel der Helligkeitsverteilung ist die Ursache für das Entstehen der Photowechselspannung, mit deren Hilfe nach der Erfindung das Objektiv 104 fokussiert werden kann. Der für die Einstellung auf das Objekt weiterhin benötigte Sucher ist bei diesem Beispiel nicht mit dargestellt, da mögliche Bauformen bereits bei den vorhergehenden Beispielen besprochen sind.
In bekannter Weise kann der Sucher- und Messstrahlengang auch aus dem Aufnahmestrahlengang ausgespiegelt sein. Das Aufnahmeobjektiv übernimmt dann die Funktion des Objektivs 104.
Neuere Bauformen von Kameras sind gelegentlich mit Einstellscheiben versehen, die teilweise mattiert, teilweise mit einem Schärfenindikator versehen sind. Es werden also zwei Prinzipien der Scharfeinstellung bzw. Entfernungsmessung gleichzeitig angewendet. Diese Kombination beruht auf der Erfahrung, dass es Objekte geringen Kontrastes mit deutlicher Feinstruktur gibt, die sich bequemer mit Mattscheibe einstellen lassen, während strukturlose Objekte, die sich deutlich von der Umgebung abheben, besser mit einem nach dem Schnittbild- oder Mischbildprinzip arbeitenden Entfernungsmesser eingestellt werden. In Anwendung dieser Erkenntnis wird vorgeschlagen, das erfindungsgemässe Verfahren mit andern automatischen oder nichtautomatischen Verfahren der Entfernungsmessung zu kombinieren.
Man kann z. B. bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 den aus dem Schwenkspiegel 68 und dem Lichtteilungswürfel 67 bestehenden Mischbild-Entfernungsmesser mit Hilfe teildurchlässiger Spiegel gleichzeitig oder mit einschwenkbaren Spiegeln vor oder nach der automatischen Einstellung für eine subjektive Kontrollmessung benutzen. Es sind aber auch Kombinationen verschiedener automatischer Entfernungsmesser denkbar, bei denen die benutzten Bauteile für zwei verschiedene Einstellprinzipien angewendet werden können.
Fig. 10 zeigt in Sonderheit, wie der aus der Ablenkkeilen 106 und 107 bestehende Schärfenindikator des Ausführungsbeispieles nach Fig. 8 abgeändert werden kann, um neben der erfindungsgemässen Wirkungsweise gleichzeitig als bewegtes Kammraster nach dem eingangs zitierten bekannten Einstellverfahren zu wirken. Nach Fig. 10 werden die Ablenkkeile 106 und 107 je in zwei gleich stark wirkende Keile 106a und 106b sowie 107a und 107b aufgespalten. Diese Keile sind auf eine durchsichtige Scheibe 116 aufgekittet, die beiderseits die gegeneinander versetzten, undurchsichtigen, als Kammraster 117, 118 wirkenden Streifen trägt.
Wird diese Einstellscheibe an der Blattfeder 105 befestigt und in dem in Fig. 8 durch den Pfeil 112 angedeuteten Sinne hin und her bewegt, so modulieren die Kammraster 117 und 118 zusätzlich das Licht beiderseits der Schärfenebene und geben so Anlass zu einer weiteren Wechselstromkomponente, die auch bei ausgedehnten Objekten mit sehr feiner Struktur eine automatische Entfernungsmessung ermöglicht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Bestimmung des Parallaxwinkels zwischen zwei Strahlengängen, mittels derer das durch den Sucher einer photographischen Kamera anvisierte Objekt auf photoelektrische Empfänger abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur selbsttätigen Entfernungsmessung die bei unterschiedlicher Helligkeitsverteilung der beiden Abbildungen eine Spannungsdifferenz erzeugenden photoelektrischen Empfänger (5,6, 21,22) unter Zwischenschaltung einer Verstärkereinrichtung (24,25) bzw. einer Relaisanordnung (60-63) mit einem zum Einstellen der dem anvisierten Objekt zugeordneten Parallaxe dienenden Verstellmotor (14 bzw. 59) zwecks Steuerung elektrisch verbunden sind.
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Device for determining the parallax angle between two
Ray paths
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Changes in angle on both sides can be transferred to the adjustment devices for distance, aperture and time in such a way that the correct values are set in each case (German interpretation 1062543).
This known device is well suited to tracking an object, once it is appropriate, also with regard to its distance, but not automatically determining the distance of any object at which one of the measuring beams is directed.
The invention has set itself the task of using the principle of the basic rangefinder with its high measurement accuracy to create a device which eliminates the deficiencies indicated. According to the invention, this object is achieved in that, for automatic distance measurement, the photoelectric receivers, which generate a voltage difference in the case of different brightness distribution of the two images, are electrically connected with an adjusting motor used to set the parallax assigned to the targeted object for control purposes, with the interposition of an amplifier device or a relay arrangement .
In addition to distance measurement, this enables automatic lens adjustment. The four receivers mentioned form a bridge circuit with the property that the photocurrents compensate each other completely if the distance is set correctly, but generate a control current if the distance is incorrectly set, which acts indirectly via a relay or, after amplification, directly on the servo motor that controls the object distance brings about corresponding adjustment position.
The embodiment with a divided measuring field has several advantages over that with an undivided field; u. between, a brightness distribution within the object has a stronger effect than with an undivided field. Even very slim objects that are significantly less than the width of the measuring field can be measured if the object is sighted in such a way that the dividing line of the measuring field intersects the object. In addition, the absolute value of the illuminance in the two measuring fields is irrelevant, since the comparison only depends on the ratio of the integral illuminance in the two sub-fields of the measuring field (s).
In order to obtain usable measurement results in the practical handling of an automatic range finder according to the invention, certain precautionary measures must be applied which, if the range finder is designed accordingly, do not make handling difficult. At the beginning of the measurement, it is generally to be expected that the range finder is significantly misaligned. Particularly when very small objects are to be measured, or when the range finder has a very large base, it is useful at the beginning of the measurement to image parts of the surroundings in addition to the targeted object in the measuring field (s).
During the measurement, the measuring field and the object are more and more aligned with one another in terms of their size.
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the measuring field at a constant image scale gradually or in steps, u. between motor-automatic or manually changed. It is even possible to proceed in such a way that the measuring field completely shrinks during the measurement. A wrong setting is not to be expected, since the rangefinder becomes more and more insensitive in this way and practically retains the setting value obtained with the optimal measuring field size. If the object is against a structureless background, e.g. B. is aimed at the sky, this mode of operation is not necessary, as a portion of the background that comes into effect in the measuring field then does not falsify the measurement.
The same is the case if it is intended to automatically adjust the range finder to an average distance from objects located in the measuring field.
Under these conditions the rangefinder adjusts itself correctly and the camera lens creates a sharp object image in the collecting surface. The previously common subjective setting principle based on the split image or mixed image method is thus replaced by an automatically working objective one.
The method according to the invention is particularly suitable for motion picture and television cameras in which there is often a desire to continuously focus the lens on an approaching or moving away object.
In the drawings, the subject matter of the invention is illustrated schematically on the basis of four exemplary embodiments.
Fig. 1 is a schematic of a simplified functional model. 2a and 2b explain the automatic setting process using a viewfinder image, FIG. 4 shows a variant embodiment of the device according to the invention for automatic distance measurement or setting, FIGS. 3a and 3b explain the setting process using the viewfinder image, FIG. 5 shows details the electrode arrangement of the photo resistors, Fig. 6 illustrates a further embodiment of the subject of the invention, Figs. 7a and 7b show the viewfinder images belonging to this embodiment, Fig. 8 is that
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Scheme of a further embodiment variant, FIGS. 9a and 9b explain the measuring process with reference to FIG
Viewfinder images and FIG. 10 shows a detail of the device on a larger scale.
Fig. 1, which clearly expresses the basic idea of the method according to the invention, shows the two measuring beam paths with the objective lenses 1 and 2, the rectangular apertures 3, 4 and the photoresistors 5, 6 that receive light from the object images 7, 8. For the purpose of parallax compensation, the objective lens 2 can be displaced parallel to the rectangular diaphragm 4 by means of the rack 10 fastened to the mount 9, the gear 11, the worm wheel 12 and the worm 13 driven by the motor 14. Each position of the lens 2 corresponds to a certain object distance which can be read on the scale 15 from the position of the pointer 16.
The viewfinder required to carry out the method is shown in the example as a Newtonian viewfinder with the two negative lenses 17, 18 and the eyepiece 19. The negative lens 18 is known
Edge-mirrored way in order to reflect the measuring field delimitation mask 20, which corresponds to the rectangular diaphragm 3, in the viewfinder beam path according to the principle of the Albada viewfinder.
The electrical circuit initially comprises a bridge arrangement, in one branch of which the
Photoresistors 5, 6 and in the other branch of which the adjustable resistor 21 and the fixed resistor 22 are located. It is powered by the battery 23. Those in the branching points between the photoresistors 5, 6 and the resistor 21 and the fixed resistor
22 occurring diagonal voltage acts on the complementary switching transistors 24 and 25 which, depending on the polarity of the diagonal voltage across the emitter-collector path, connect the motor 14 to either the battery 26 or the battery 27 and cause the motor to run clockwise or counterclockwise.
The automatic setting process is explained with reference to FIGS. 2a and 2b. 2a shows the viewfinder image with the measuring field 7 ′, which is delimited in a rectangular manner by the diaphragm 3. FIG. 2b shows the generally parallactically deviating image of the second measuring beam path with the drawn border of the measuring field 8 '. During the measuring process, 8 'is adjusted until it comes to the same position as 7'. With the help of the photoresistors 5, 6 the object images 7, 8 are photometred.
If the targeted object, in this case the edge of the house, has a clear light-dark jump, then the difference in the integral brightness of the two object images 7, 8 is clearly parallax-dependent. The bridge arrangement 5, 6, 21, 22 is adjusted with the resistor 21 such that it is in equilibrium with approximately the same integral illuminance on the photoresistors 5, 6, but with a different illuminance a diagonal voltage acting as a control voltage for the motor 14 supplies. As already described, it acts on the switching transistors 24, 25 in such a way that the motor 14 brings about the adjustment. As a result of this setting process, the distance to the object, in this case the edge of the house, can be read off with the pointer 16 on the scale 15.
Obviously, the functional model according to FIG. 1 fails in the case of objects whose expansion is significantly below that of the opening of the rectangular diaphragm. Such conditions exist in particular when, as shown in FIGS. 3a and 3b, the distance from a slender object, such as a tree trunk, is to be set. The width of this trunk is said to be much smaller than the width of the
Measuring fields 7 'or 8th'. In order to increase the measurement accuracy, it is expedient to restrict the opening of the rectangular aperture in the manner indicated by the dashed lines 7a and 7b.
Another feature of the invention is the openings of the rectangular apertures 3, 4 through
Dividing lines 28,29 to be divided into two halves, which are photometrically separated by a total of four receivers. In this case it is only necessary to ensure that the dividing line 28 is the measurement object, i.e. H. the tree trunk, interspersed.
A device which can be used for divided measuring fields according to the method according to the invention for
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Real object images 7, 8 appear. The prisms 30,31 are provided for image division, which in combination with the lenses 32,33 and 34,35 on two-part photoresistors 5a, 6a each have two adjacent images 36,37 and 38,39 of the entrance pupil, i.e. H. the openings of 1 and 2, respectively.
With the optical arrangement shown, it is possible to vary the width of the measuring fields without influencing the illumination of the photoresistors 5, 6. The lever mechanism 40, 41, which can be actuated by the drive button 42 and the gear wheel 43, is intended for this purpose.
By turning 42, not only are the measuring fields limited by the rectangular apertures 3 and 4
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which varies in width, but also the marking 44 of the measuring field in the viewfinder. In this exemplary embodiment, the viewfinder is shown as a telescope viewfinder with a real intermediate image 45 and, in addition to the objective 46, also includes lenses 47-51 for intermediate imaging or image erection, to which the eyepiece 52 is attached.
In this exemplary embodiment, the pair of rotating wedges 53, 54 is provided for the adjustment in a manner known per se, the mount parts 55, 56 of which are helically toothed for the drive and are driven jointly by the motor 14 via the bevel gear 57 and the worm gear 58, 59. The photoresistors 5a and 6a, each provided with three current connections, form the two branches of a bridge fed by the batteries 26, 27, in whose diagonal branch the polarized relay 60 is located. Depending on the direction of current in the relay, it connects the switching lever 61 with the
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63 and thus causes the motor to run clockwise or counter-clockwise. There are three comb-like interlocking metallic electrode grids 64 - 66, which have a photoresistive layer on a glass base, e.g. B. from cadmium selenide, cover.
With the aid of the electrode grids 65 and 66, photocurrent can be drawn separately from each half of the photoresistor, which flows back into the common comb grid via the external circuit.
The mode of operation of the exemplary embodiment according to FIG. 4 is explained with reference to FIGS. 3a and 3b.
Since the object image 7 acts on one branch of the bridge and the object image 8 acts on the other branch of the bridge formed by the photoresistors 5a and 6a, the ratio of the mean illuminance levels on the left and right of the dividing lines 28 and on the right formed by the prism edges is used for the bridge adjustment. 29 decisive. The bridge activates the motor 14 via the polarized relay 60 when the ratio of the mean illuminance levels and consequently also the light resistances for the two photoresistors deviate from one another until the adjustment is completed. The adjustment can again be used to read the object distance on a scale (not shown) or to adjust an objective to the distance.
The advantage of the device according to FIG. 4 is that it is possible to aim at any objects, even slim ones, in such a way that they appear in the center of the measuring field, and that the measuring field can be adapted to the size of the object.
6 illustrates a further exemplary embodiment which differs from the previously described ones in that the object images generated by the beam paths enclosing the parallactic angle are presented to two photocells in chronological succession. The optical arrangement comprises a basic range finder with a separate telescope finder. The rangefinder consists of the light splitting cube 67 and the swivel mirror 68, which is driven by the motor 14 via the toothed segment 69 and the worm 70 to produce the adjustment, like the usual mixed image rangefinder.
In the direction of incidence of the bundle of rays 75, the dividing cube 67 is followed by the objective 71 and the condenser lens 72. In addition, the motor 73 is provided, which moves the conical diaphragm 74, which alternately covers the light beams 75 and 76 of the two measuring beam paths of the range finder. These two beam paths alternately generate the two object images 7 and 8 in the plane of the iris diaphragm 77. The circular measuring field of the iris diaphragm 77 is divided in the middle by the edge of the mirror prism 78. In this way, two halves of the image are created, the light of which is fed to the photocells or photoresistors 5, 6 via the mirrors 79, 80. The telescope finder is indicated by the lenses 81, 82 and the tube 83. It can be rotated about an axis 85 located in the mirror 84 perpendicular to the plane of the drawing. For this purpose the viewfinder and mirror 84 are mounted on the plate 86.
By rotating the mirror 84 with the handle 87, it can be achieved that the measuring field can be freely displaced in the horizontal direction relative to the field of view of the viewfinder. To be able to recognize the position of this measuring field in the viewfinder. the semitransparent mirror 87a is provided for reflecting the opening of the iris diaphragm into the viewfinder beam path.
The photocells or photoresistors 5, 6 receive their bias voltage from the battery 88, which is fed to them via working resistors 89, 90. The useful signal is taken from the photocells via resistors 91, 92 and fed to the AC voltage amplifier 94 via the capacitor 93. On the output side, the ring demodulator 95 is connected to the amplifier and supplies the motor 14 with direct voltage via the resistors 96-99. So that this voltage changes its sign when passing through the adjustment position, the ring demodulator 95 is supplied in a known manner with a second constant alternating voltage, which changes its sign in the same way as the useful voltage in the rhythm of the darkening frequency of the conical diaphragm 74.
It is produced by induction in the coil 100 under the effect of the rotating on the axis of the conical diaphragm 74-
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the permanent magnet 100a. This auxiliary voltage is amplified in the amplifier 101 to such an extent that it exceeds the useful voltage. As in the previous exemplary embodiment, the amplifier arrangement thereby has the property of steering into such a position that the ratio of the mean illuminance of the left to the right half of the image is the same for object images 7 and 8, i.e. H. that the object images 7 and 8 practically coincide.
Again, a measured value for the object distance can be read from this setting, or it can be used to adjust a device or the lens of a camera to the object distance.
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With the aperture open, the case can now arise that, in addition to the targeted object, in the example of a person, there are other objects, e.g. B. a tree are located in the measuring field. The automatic system then displays an average value of the distance from those objects in the measuring field that stand out from the background in terms of their brightness.
On the other hand, it is inexpedient to limit the measuring field to the targeted object from the outset, since the range finder can initially be greatly adjusted so that incorrect settings are possible.
In order to eliminate these possibilities, it is proposed in an embodiment of the invention to gradually reduce the size of the measuring field starting from a maximum value during the measurement. For this purpose, the motor 102 is provided, on the axis of which there is the gear wheel 103 which adjusts the mount of the iris diaphragm 77 via an externally attached tooth pitch. The reduction in size of the iris diaphragm 77 can be carried out so far that the measurement field falls below the object size or even becomes zero at the limit. The automatic mode becomes more and more insensitive as the measuring field size decreases and ultimately remains at a setting obtained with a medium measuring field size.
With this setting method, a measuring field size that is optimally adapted to the object is passed through, whereby a high level of setting accuracy is achieved. By further means, not shown, the iris diaphragm 77 is opened again for the next measurement after the setting has been completed. Instead of the photocells or photoresistors S, 6, secondary emission photocells can also be used with advantage. Both types of receivers have the advantage of being inert and therefore ensure a high setting speed.
The fourth exemplary embodiment of the method according to the invention shown in FIG. 8 uses the setting principle of the focus indicator which is often used in cameras. With this principle, one makes use of distracting wedges in the setting level and observes their effect on the parts of the image on the wedge surfaces. No image deflection occurs when the plane of symmetry of the wedges coincides with the plane of adjustment.
In application of this principle, the automatic range finder according to FIG. 8 has an in axial direction
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plane of the whiskers 106,107 mapped onto the photoresistor 5a.
In the event that the image parts allotted to the wedge surfaces do not coincide with the plane of symmetry, the lenses on the photoresistor 5a generate object images 7, 8 that are parallactically offset from one another. Because the deflection wedges 106, 107 are attached to the leaf spring 105, they can oscillate in the direction indicated by the arrow 112 parallel to the plane of focus.
The object images 7, 8 are consequently presented to the photoresistor 5a in chronological order. As shown in FIG. 5, the photoresistor 5a has the three current connections to the electrode grids 64-66. The battery 23 is connected to 65 and 66. When using the range finder, an alternating voltage can then be taken at 64 via the capacitor 93 whenever the plane of focus of the objective 104 does not coincide with the plane of symmetry of the deflection wedges 106, 107. As in the example according to FIG. 6, the alternating voltage occurring with constant oscillation of the deflection wedges 106, 107 is amplified in the alternating voltage amplifier 94 to such an extent that, after rectification in the ring demodulator 95, it can control the motor 14, to which it is fed via the resistors 96-99.
So that the DC voltage supplied to the motor 14 changes polarity when the focal plane passes through the wedge plane, a constant auxiliary voltage of the same frequency is required again, which is taken from the oscillator 113 and also fed to the ring demodulator 95. The electromagnet 114 with the winding 115 is also fed from the oscillator 113, so that the leaf spring 105 oscillates in the rhythm of the oscillator frequency.
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If the image that arises at the location of the photoresistor 5a was captured on a ground glass, the states of motion shown in FIGS. 9a and 9b would become visible at different times. The two figures make it clear that in the case of the targeted object, due to the action of the deflection wedges 106, 107, a different brightness ratio of the left to the right half of the image within the limit of 7 ′ is established at each point in time. This constant change in the brightness distribution is the cause of the generation of the alternating photo voltage, with the aid of which the objective 104 can be focused according to the invention. The viewfinder, which is still required for setting the object, is not shown in this example, since possible designs have already been discussed in the previous examples.
In a known manner, the viewfinder and measuring beam path can also be reflected out of the recording beam path. The taking lens then takes over the function of lens 104.
Newer designs of cameras are occasionally provided with focusing screens, some of which have a matt finish, some of which are provided with a focus indicator. So there are two principles of focusing and distance measurement applied simultaneously. This combination is based on the experience that there are objects of low contrast with a clear fine structure that can be set more conveniently with a matt screen, while structureless objects that clearly stand out from their surroundings are better set with a range finder that works according to the split image or mixed image principle . Using this knowledge, it is proposed to combine the method according to the invention with other automatic or non-automatic methods of distance measurement.
You can z. B. in the embodiment according to FIG. 6, the mixed image rangefinder consisting of the swivel mirror 68 and the light splitting cube 67 with the help of partially transparent mirrors at the same time or with swiveling mirrors before or after the automatic setting for a subjective control measurement. However, combinations of different automatic range finders are also conceivable, in which the components used can be used for two different setting principles.
Fig. 10 shows in particular how the sharpness indicator consisting of the deflection wedges 106 and 107 of the embodiment according to Fig. 8 can be modified in order to act as a moving comb raster according to the known setting method cited at the beginning in addition to the mode of operation according to the invention. According to FIG. 10, the deflection wedges 106 and 107 are each split into two equally strong wedges 106a and 106b and 107a and 107b. These wedges are cemented onto a transparent disk 116, which on both sides bears the opaque stripes that are offset from one another and act as a comb grid 117, 118.
If this setting disk is attached to the leaf spring 105 and moved back and forth in the direction indicated by the arrow 112 in FIG. 8, the comb raster 117 and 118 additionally modulate the light on both sides of the focal plane and thus give rise to a further alternating current component, which also enables automatic distance measurement for large objects with a very fine structure.
PATENT CLAIMS:
1. Device for determining the parallax angle between two beam paths, by means of which the object aimed at by the viewfinder of a photographic camera is imaged on photoelectric receivers, characterized in that for automatic distance measurement the photoelectric receivers (5, 6, 21, 22) with the interposition of an amplifier device (24, 25) or a relay arrangement (60-63) are electrically connected to an adjusting motor (14 or 59) serving to adjust the parallax associated with the targeted object for the purpose of control.