Lichtempfindliche Anordnung mit Objektiv und Photozelle
Es ist bekannt, Vorgänge durch die Bewegung von Gegenständen zu steuern, die entweder selbstleuchtend sind oder von Lichtquellen beleuchtet werden und das von der Lichtquelle empfangene Licht reflektieren oder sich im Strahlengang des von einer Lichtquelle ausgehenden Lichtes befinden. Die Lichtenergie fällt auf eine elektrische Photozelle und wird dort bei einer Art von Photozellen wenigstens teilweise in elektrische Energie umgewandelt. Eine andere Art von Photozellen bildet einen von der Stärke des einfallenden Lichtes abhängigen Widerstand, der einen durch ihn hindurchgehenden Strom steuert.
Durch Bewegung des Gegenstandes entsteht auf der lichtempfindlichen Schicht der Photozelle eine wechselnde Beleuchtungsstärke, welche einen wechselnden Strom durch die Photozelle und damit durch die Zuleitung zur Folge hat. Dieser Strom kann nach Verstärkung die gewünschten Steuerfunktionen auslösen.
Bei bekannten Anordnungen befindet sich eine Photozelle hinter einer Linse, die auf das zu beobachtende Gesichtsfeld gerichtet ist, ohne jedoch eine saubere Begrenzung des Gesichtsfeldes vorzunehmen. Es ist jedoch häufig wichtig, dass nur Lichtstärke-Anderungen in einem genau begrenzten Gesichtsfelde einen Einfluss auf die Photozelle haben und dass Lichtstärke-Änderun- gen ausserhalb des Gesichtsfeldes mit Sicherheit von einer Wirkung auf die Photozelle ausgeschlossen werden.
Des weiteren sollen oft nur Vorgänge in einem bestimmten Abstandsbereich von der Photozelle erfasst und die Wirkung von Vorgängen ausserhalb dieses Abstandsbereiches nach Möglichkeit verringert werden.
Schliesslich ist es bei den bisherigen Photozellen Anordnungen nachteilig, dass je nach der Verteilung von Licht und Schatten auf der Bildebene das Licht auf andere Teile der lichtempfindlichen Photozellen-Oberfläche fällt. Diese Teile sind aber keineswegs gleich empfindlich, so dass dadurch eine Verfälschung der Übertragungs-Funktion stattfindet. Es ist deswegen eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, welche Veränderungen der Lichtstärke in Änderungen des elektrischen Stromes umsetzt, dies jedoch nur dann, wenn das Licht von einem definierten Gesichtsfeld herrührt. Dabei sind Einflüsse ausserhalb eines bestimmten Entfernungsbereiches nach Möglichkeit zu verringern. Überdies sollen Verfälschungen der Übertragungs Funktion infolge ungleichmässiger Verteilung von Licht und Schatten auf der Photozelle verhindert werden.
Zur Lösung dieser Aufgaben hat die erfindungsgemässe Ausführung eine zwischen Objektiv und Photozelle liegende Blende, auf deren Ebene das Objektiv den Gegenstand scharf abbildet, sowie ein zwischen Blende und Photozelle liegendes optisches System dessen einer Brennpunkt in der Blendenebene liegt.
Im folgenden werden als Beispiele zwei Ausführungen der erfindungsgemässen Anordnung beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit Objektiv und Photozelle, wobei das Objektiv eine Linse ist.
Fig. 2 zeigt eine solche Anordnung, bei der das Objektiv durch einen Hohlspiegel gebildet wird.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung mit einem Objektiv und zwei Photozellen.
In Fig. 1 ist 1 der Gegenstand, dessen Bewegungen auf Photozelle 2 Helligkeitsänderungen bewirken sollen.
In einem Gehäuse 8 befindet sich das Objektiv 3, gebildet durch eine Linse, die den Gegenstand auf die Ebene der Blende 4 scharf abbildet. Die Strahlen geben die äussere Grenze des Strahlenbündels an, das von einem Gegenstandspunkt auf der Mittellinie ausgeht und das Objektiv trifft. Die Punkte der Gegenstandsebene, die ausserhalb des Gesichtsfeldes liegen, wie z. B. der Punkt 5, werden auf Punkte abgebildet, die auf der Blende liegen, z. B. auf Punkt 6. Damit kann das von diesen Punkten ausgehende Licht nicht durch die Blendenöffnung hindurchgehen. Die Linse 7 befindet sich hinter der Blendenöffnung 4 in einem Abstand gleich seiner Brennweite, so dass die Strahlen, die von den Punkten der Blendenebene ausgehen, am Ausgang der Linse 7 parallel verlaufen.
Hinter dem Okular befindet sich die Photozelle 2 mit den Anschlussdrähten 10 in einem solchen Abstand von dieser Linse, dass dieses die Objektivebene auf die Photozelle abbildet. Somit erreichen alle von einem Punkt der Blendenebene ausgehenden Strahlen alle Punkte der Oberfläche der Photozelle und diese ist gleichmässig beleuchtet.
Wäre die Photozelle in der Blendenebene angebracht, so würden die einzelnen Punkte des Gegenstandes auf verschiedene Punkte der Photozelle abgebildet werden, die erfahrungsge- mäss stets eine ungleiche Empfindlichkeit gegenüber dem Licht haben, wodurch der am Ausgang der Photozelle erhaltene Strom nicht nur von Idem Bild auf der Blenden ebene, seiner Helligkeit und von der globalen Empfindlichkeit der Photozelle, sondern auch von der Empfindlichkeitsverteilung auf der Photozellen-Oberfläche abhängen würde. Dies wird durch die Einführung der Linse vermieden. Objektiv und Teil 7 sind als einfache bikonvexe Linsen gezeichnet, doch können selbstverständlich auch anders geformte Sammellinsen oder Linsensysteme an ihre Stelle treten.
Die Blende hat normalerweise eine kreisförmige Öffnung, doch kann sie auch eine andere Form haben, wodurch das nutzbare Gesichtsfeld die entsprechende Form erhält.
In Fig. 2 ist der Gegenstand nicht gezeichnet, 13 ist der das Objektiv bildende Hohlspiegel, 14 die Blende, auf deren Ebene der Gegenstand durch den Hohlspiegel 13 scharf abgebildet wird, 17 die Linse, 12 die Photozelle mit den Anschlussdrähten 20 und 18 das Gehäuse.
Die Wirkungsweise ist die gleiche wie in Fig. 1. Die Verwendung eines Hohlspiegels als Objektiv ist dann vorteilhaft, wenn eine grosse Objektiv-Öffnung erwünscht ist, sei es, weil der Gegenstand weit entfernt ist und deswegen die Lichtstärke der vom Gegenstand herrührenden Strahlen gering ist, oder weil eine grosse Tiefenschärfe gefordert wird.
Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausbildung des Teiles der Anordnung hinter dem Objektiv. Der Strahlengang wird von der Blendenebene ab durch einen undurohsich- tigen, ebenen Teil 26, beispielsweise durch ein dünnes Blech in zwei Teile geteilt. Der ebene Teil teilt die Linse 27 in zwei Hälften und statt einer Photozelle sind zwei voneinander unabhängige Photozellen 22a und 22b vorhanden. Diese haben sie Anschlussleitungen 30a und 30b. Die Vorderkante des ebenen Teiles liegt in der Ebene der Blende 24. Durch das Objektiv 23 wird ein Spalt 21 über einen Drehspiegel 29 auf diese Vorderkante abgebildet. Wenn das Bild des Spaltes genau symmetrisch zur Vorderkante der Trennfläche 26 liegt, erhalten beide Photozellen den gleichen Lichtstrom.
Geringe Verdrehungen ides Spiegels rufen eine Differenz der beiden Beleuchtungen hervor, welche entsprechende Steuervorgänge auslösen können. Da die Trennkante sehr scharf sein kann, wobei dennoch in jedem Falle die ganzen Lichtanteile auf die ganzen Flächen der Photozellen fallen, kann eine sehr scharfe Ausscheidung der beiden Lichtströme erfolgen.
Anstelle des einen ebenen Teiles können auch mehrere solcher Teile Verwendung finden, die entweder parallel oder sich schneidend angebracht sind. Ihre Vorderkanten liegen alle in der Blendenebene; sie bilden eine Anzahl von Aufteilungen, in denen je eine Photozelle untergebracht ist. Z.B. gestatten zwei sich kreuzende Flächen und vier Photozellen, die Bewegung eines Lichtpunktes in zwei Koordinaten zu verfolgen.
Light-sensitive arrangement with lens and photocell
It is known to control processes by the movement of objects that are either self-luminous or illuminated by light sources and reflect the light received from the light source or are located in the beam path of the light emanating from a light source. The light energy falls on an electrical photocell, where it is at least partially converted into electrical energy in a type of photocell. Another type of photocell forms a resistor that is dependent on the strength of the incident light and controls a current passing through it.
Moving the object creates a changing illuminance on the light-sensitive layer of the photocell, which results in a changing current through the photocell and thus through the supply line. After amplification, this current can trigger the desired control functions.
In known arrangements, a photocell is located behind a lens, which is directed onto the field of view to be observed, but without making a clean delimitation of the field of view. However, it is often important that only changes in the light intensity in a precisely limited field of view have an influence on the photocell and that changes in the light intensity outside the field of view are definitely excluded from an effect on the photocell.
Furthermore, often only processes in a certain distance range should be recorded by the photocell and the effect of processes outside this distance range should be reduced if possible.
Finally, it is disadvantageous with the previous photocell arrangements that, depending on the distribution of light and shadow on the image plane, the light falls on other parts of the light-sensitive photocell surface. However, these parts are by no means equally sensitive, so that this falsifies the transmission function. It is therefore an object of the invention to provide a device which converts changes in the light intensity into changes in the electric current, but only when the light comes from a defined field of view. Influences outside a certain distance range are to be reduced as far as possible. In addition, falsifications of the transmission function due to the uneven distribution of light and shadow on the photocell should be prevented.
To solve these problems, the embodiment according to the invention has a diaphragm located between the objective and the photocell, on the plane of which the objective images the object sharply, and an optical system located between the diaphragm and the photocell, one focal point of which lies in the diaphragm plane.
Two embodiments of the arrangement according to the invention are described below as examples.
Fig. 1 shows an arrangement with lens and photocell, the lens being a lens.
Fig. 2 shows such an arrangement in which the objective is formed by a concave mirror.
Fig. 3 shows an arrangement with an objective and two photocells.
In Fig. 1, 1 is the object whose movements on photocell 2 are intended to cause changes in brightness.
The objective 3, formed by a lens, which images the object sharply on the plane of the diaphragm 4, is located in a housing 8. The rays indicate the outer limit of the beam that emanates from a point on the object on the center line and hits the objective. The points of the object plane that are outside the field of view, such as. B. the point 5, are mapped to points that lie on the aperture, z. B. on point 6. This means that the light emanating from these points cannot pass through the aperture. The lens 7 is located behind the diaphragm opening 4 at a distance equal to its focal length, so that the rays emanating from the points of the diaphragm plane run parallel at the exit of the lens 7.
The photocell 2 with the connecting wires 10 is located behind the eyepiece at such a distance from this lens that it images the lens plane onto the photocell. Thus, all rays emanating from a point on the diaphragm plane reach all points on the surface of the photocell and the photocell is evenly illuminated.
If the photocell were installed in the diaphragm plane, the individual points of the object would be mapped to different points of the photocell, which experience has shown always have an unequal sensitivity to light, so that the current obtained at the output of the photocell does not only reflect the image the aperture level, its brightness and the global sensitivity of the photocell, but also on the sensitivity distribution on the photocell surface. This is avoided by introducing the lens. Objective and part 7 are drawn as simple biconvex lenses, but of course other shaped converging lenses or lens systems can also take their place.
The aperture usually has a circular opening, but it can also have a different shape to give the usable field of view the appropriate shape.
In Fig. 2 the object is not shown, 13 is the concave mirror forming the objective, 14 is the aperture on the plane of which the object is sharply imaged by the concave mirror 13, 17 the lens, 12 the photocell with the connecting wires 20 and 18 the housing .
The mode of operation is the same as in Fig. 1. The use of a concave mirror as an objective is advantageous when a large objective aperture is desired, be it because the object is far away and therefore the light intensity of the rays originating from the object is low , or because a great depth of field is required.
Fig. 3 shows a modified design of the part of the arrangement behind the lens. Starting from the diaphragm plane, the beam path is divided into two parts by an opaque, flat part 26, for example by a thin sheet metal. The flat part divides the lens 27 into two halves and instead of one photocell there are two independent photocells 22a and 22b. They have connecting lines 30a and 30b. The front edge of the flat part lies in the plane of the diaphragm 24. A gap 21 is imaged by the lens 23 via a rotating mirror 29 onto this front edge. If the image of the gap is exactly symmetrical to the front edge of the separating surface 26, both photocells receive the same luminous flux.
Slight rotations of the mirror cause a difference between the two lights, which can trigger corresponding control processes. Since the separating edge can be very sharp, although in any case all of the light components fall on the entire surfaces of the photocells, the two light currents can be separated out very sharply.
Instead of the one flat part, several such parts can be used, which are attached either parallel or intersecting. Their leading edges are all in the plane of the diaphragm; they form a number of partitions, each of which houses a photocell. E.g. allow two intersecting surfaces and four photocells to track the movement of a point of light in two coordinates.