Vorrichtung zur selbsttätigen Scharfeinstellung des Objektivs einer Aufnahmekamera Es ist ein Verfahren bekannt, welches es gestattet, das Objektiv einer Kamera auf einen durch den Sucher der Kamera anzuvisierenden Punkt zu fokussieren. Die ses Verfahren ist relativ aufwendig und hat auch vom Prinzip her verschiedene Nachteile. So ist es z. B. nicht für bewegte Objekte geeignet, da die Kamera dem sich bewegenden Objekt exakt folgen müsste, was bei schnel leren Vorgängen kaum möglich und auch wenig sinnvoll erscheint.
Ausserdem sind bei diesem Verfahren die Grenzen der fotografischen Gestaltungsmöglichkeiten sehr eng gezogen, denn das Objekt, auf das fokussiert werden soll, muss sich in der Mitte des Bildfeldes be finden. Dieser zweite, entscheidende Nachteil liesse sich nur mit einer aufwendigen manuellen Führung und einer optischen Anzeige des jeweiligen Punktes, auf den fokussiert wird, beheben. Der erste Nachteil ist aller dings auch mit diesen Massnahmen nicht zu kompensie ren.
Es sind eine Reihe von elektronisch arbeitenden Verfahren seit längerer Zeit bekannt, mit deren Hilfe Entfernungen gemessen werden (z. B. Radar). Diese Verfahren lassen sich aber auf das hier zu lösende Pro blem nicht anwenden, da sie für die geringe Entfernung, auf die in der Fotografie fokussiert werden muss, nicht geeignet sind. Als sinnvoller Bereich, in dem eine auto matische Fokussierung funktionieren sollte, können 1 bis 12 m angenommen werden.
Diese bekannten elektronischen Verfahren beruhen alle entweder auf Laufzeitmessung oder auf der Aus nutzung von Interferenzerscheinungen oder es liegt ein Peilverfahren vor. Das letzte scheidet von vornherein aus, weil hier zumindest zwei örtlich getrennte Sonden gemeinsam ein Objekt anpeilen müssen, d. h., dass aus- ser der Kamera und einem Gerät, welches dem zu foto grafierenden Objekt beigestellt wird, noch ein weiteres Gerät vorhanden sein müsste. Das erstgenannte Ver fahren lässt sich bei dem heutigen Stand der Technik nur mit extrem hohem Aufwand lösen, da die Lauf zeiten elektrischer Signale bei dem oben genannten Ent fernungsbereich in der Grössenordnung von Nanose- kunden liegen.
Wollte man dass zweite Verfahren aus nutzen, so stösst man auf folgende Schwierigkeit: Bei Interferenzerscheinungen müssen die Wellenlängen der interferierenden Wellen in der Grössenordnung der ge wünschten Auflösung liegen. Das wäre in unserem Falle ca. 5 cm, was einer Frequenz von 6 Gigahertz entspre chen würde, die nur mit hohem Aufwand herzustellen und elektronisch zu verarbeiten ist.
Es sind ferner ein Verfahren und eine Einrichtung zur Scharfeinstellung von Kameraobjektiven bekannt, welche sich dadurch kennzeichnen, dass vom Ort der Kamera elektromagnetische oder akustische Wellen in Richtung auf das Objekt ausgestrahlt und aus dem re flektierten Anteil der Strahlung die Entfernung festge stellt und nach dieser die selbsttätige Scharfeinstellung des Objektivs vorgenommen wird. Dabei soll die Strah lung des Entfernungsmessers so stark gebündelt werden, dass sie auf einzelne Teile des von der Kamera erfassten Bildfeldes gerichtet werden kann.
Als elektromagnetische Strahlung sollen sichtbares oder unsichtbares (infrarotes) Licht verwendet werden, und es wird als Entfernungskriterium die Grösse des Lichtflecks gemessen, den das Lichtbündel auf dem Ob jekt erzeugt.
Zwecks Messung mit akustischen Wellen werden Ultraschallwellen verwendet, die von einem Generator sägezahnartig so moduliert werden, dass die Frequenz der Ultraschallwellen stetig anwächst und dann in kur zer Zeit wieder auf den Anfangswert zurückfällt. Durch ein am Kameraort befindliches Mikrophon werden die vom Objekt reflektierten Wellen aufgenommen, wobei die Frequenzdifferenz, die die zurückkommenden Wel len infolge ihrer Laufzeit gegenüber den gerade ausge strahlten aufweisen, ein Mass für die Entfernung des Objekts ist.
Bei jeder Betriebsart (Licht- oder Schallwellen) steuern die aufgenommenen Wellen einen Verstärker, der einen Stellmagneten oder -motor für das Kamera objektiv betätigt. Die Nachteile der Messung mit Lichtwellen sind fol gende: Die Messung beruht, wie oben dargelegt, darauf, dass am Kameraort die Grösse des Lichtflecks ausge wertet wird, den das ausgesandte parallelstrahlige oder divergente Bündel auf dem Objekt erzeugt hat. Die zur Bestimmung dieser Lichtfleckgrösse benötigte Appara tur (besonderes Objektiv sowie Lochblenden) ist um fangreich und mit einer viel zu grossen Trägheit be haftet.
Die Nachteile der Messung mit Schallwellen beste hen darin, dass die benötigte Apparatur aufwendig, um ständlich und wegen des erforderlichen Frequenzver gleichs als mit Unsicherheiten behaftet anzusehen ist. Bei geringen Frequenzdifferenzen sowie bei Empfang von mehrfach reflektierten Wellen müssen Fehleinstel lungen unausbleiblich sein.
Beiden Betriebsarten ist der Mangel gemeinsam, dass die Freizügigkeit in der Aufnahme praktisch aufgehoben ist. Man ist darauf angewiesen, das von den Wellen be aufschlagte Objekt in der Mitte des Gesichtsfeldes zu halten. Ausserdem sind Fehleinstellungen bzw. Einstell unfähigkeiten der Apparatur immer dann gegeben, wenn, was kaum zu vermeiden ist, Wellen durch nicht in der gewollten Objektentfernung, sondern näher und/ oder weiter entfernt liegende Gegenstände reflektiert werden.
Im Hauptpatent ist nun ein Verfahren zur selbst tätigen Scharfeinstellung des Objektivs einer Aufnah mekamera beschrieben, das sich dadurch auszeichnet, dass dem Aufnahmeobjekt ein Geber beigegeben wird, dessen Signale von einem der Aufnahmekamera zuge ordneten Empfänger aufgenommen und einer Verstell einrichtung für die selbsttätige Scharfeinstellung des Ob jektivs zugeführt werden. Dabei kann der Geber in be stimmten Abständen elektromagnetische und Ultraschall impulse abgeben und kann empfängerseitig aus den sich infolge der unterschiedlichen Laufzeiten diese Impulse mit der Objektentfernung ändernden zeitlichen Abstän den zwischen den verschiedenartigen Impulsen die Scharfeinstellung des Objektivs abgeleitet werden.
Dieses Verfahren, durch welches die wesentlichen Nachteile der voraufgeführten bekannten Einrichtun gen, wie mangelnde Freizügigkeit in der Aufnahme, grosser baulicher oder energetischer Aufwand, Betriebs unsicherheit, wie sie besonders beim Empfang von am Objekt reflektierten Wellen auftritt, bereits vermieden werden können, wird durch die im folgenden dargelegte Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung vervoll ständigt.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung nach dem Patentanspruch II des Hauptpatentes, wobei der Geber dazu eingerichtet ist, in vorbestimmten Abstän den elektromagnetische Impulse abzugeben, und wobei die Objektiv-Verstelleinrichtung dazu eingerichtet ist, aus den sich infolge der unterschiedlichen Laufzeiten dieser Impulse mit der Objektentfernung ändernden zeitlichen Abständen zwischen den verschiedenartigen Impulsen die Scharfeinstellung des Objektivs abzuleiten, welche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass am Kameraort eine Empfangssonde für die elektromagneti sche Welle und eine Schallfeldsonde für das Schallfeld vorgesehen sind, und dass eine elektronische Umschalt einrichtung (z.
B. bistabiler Multivibrator) vorhanden ist, welche, durch die zuerst eintreffende elektromagne tische Welle gesteuert, die Empfangssonde für die elek- tromagnetischen Wellen abschaltet und die Schallfeld sonde sowie ein Zeitglied einschaltet.
Vorzugsweise kann die elektronische Umschaltein richtung durch die nachfolgend eintreffende Schallwelle so gesteuert werden, dass diese die Empfangssonde für die elektromagnetische Welle wieder einschaltet und das Zeitglied abschaltet. Der aus der Laufzeitdifferenz der Wellen ermittelte Wert kann dann in einen die Objektiv verstellung bewirkenden Regelwert umgewandelt wer den.
Um zu verhindern, dass eine die Witterungsabhän gigkeit der Schallgeschwindigkeit berücksichtigende Empfangseinrichtung durch die Aufnahme reflektierter Schallwellen gestört und die Entfernungs-Einstellein- richtung zu falschen Objektivstellungen gebracht wird, können in einer bevorzugten Ausführungsform der Vor richtung die empfangenen Schallwellen auf zwei Wegen einem Regelverstärker/Speicher und über diesen einer Triggerschaltung zugeleitet werden, von denen der eine Weg Mittel enthält, die aus dem Eintreffzeitpunkt der Schallwelle die Objektentfernung feststellen, und der an dere Weg Mittel enthält, die die Amplitude des Schall wellensignals feststellen. Die Mittel des die Entfernung feststellenden Weges können dabei mit dem Zeitglied (z. B.
Kondensatoraufladeglied) verbunden sein, das bei Eintreffen der elektromagnetischen Wellen angeschal tet und bei Eintreffen der Schallwelle abgeschaltet wird, und sie können einen Zwischenspeicher (z. B. einen Feldeffekttransistor) enthalten, der die Aufgabe hat, den Messwert über die Messintervalle aufrechtzuerhal ten und die Messgrösse an den Regelverstärker/Speicher weiterzuleiten. Ferner können in dieser Ausführungs form die genannten Mittel des die Signalamplitude fest stellenden Weges im wesentlichen aus einem durch die elektromagnetische Welle eingeschalteten Transistor schalter bestehen, an den der Regelverstärker/Speicher ebenfalls mit seinem Eingang angeschaltet ist.
Hierbei kann durch den Regelverstärker/Speicher in Abhängig keit von den eingegebenen, der Objektentfernung und der Schallwellenamplitude entsprechenden Grössen, am Trigger ein Ansprechspielraum mit einer Ansprechwelle festgelegt werden, der lediglich Signale aus danach zu erwartenden Entfernungsänderungen weiterzuleiten, re flektierte Wellen dagegen auszuschliessen gestattet.
Als Geber kann vorzugsweise ein Sender verwendet werden, der gleichzeitig elektromagnetische und Schall- wellenirnpulse aussendet. Auf diese Weise kann mit dem Eintreffen des elektromagnetischen Wellenimpulses dem Empfänger mitgeteilt werden, dass im gleichen Augen blick der Schallwellenimpuls zur Aussendung gelangt, wobei dann lediglich die Zeit bis zum Eintreffen des letzteren, z. B. in eine Spannungs- oder Stromgrösse um gewandelt (z. B. Kondensatoraufladezeit), das Mass für die Objektentfernung darstellt. Es braucht keine weitere Zeit berücksichtigt zu werden, wie dies z. B. der Fall wäre, wenn die beiden Wellenimpulse nacheinander zur Aussendung gelangten.
Die Impulsaussendung kann dadurch verwirklicht werden, dass am Sendeort eine gemeinsame Sonde oder durch getrennte Sonden gleichzeitig kurze elektromagne tische und Schallwellenimpulse mit ein Vielfaches der Impulsdauer betragenden Unterbrechungszeiten ausge sendet werden. Bei Impulsaussendung durch eine ge meinsame Sonde kann diese vorteilhaft als magneto- striktiver Schwinger ausgebildet werden.
Die Beigabe eines Gebers bzw. Senders zum auf zunehmenden Objekt bedeutet in der Regel keinerlei erschwerende Voraussetzung für die Aufnahme(n), da ein derartiges elektronisches Gerät klein und leicht sein kann und dann bei Film-, Fernseh- und Stehbildaufnah men von dem als Objekt ausersehenen Mitwirkenden unauffällig bzw. unsichtbar getragen werden kann. Der von einem solchen Sender in der Regel überstrichene Breitenbereich enthebt dabei der Notwendigkeit, das be treffende Objekt in der Mitte des Gesichtsfeldes halten zu müssen, wie es beim Bekannten der Fall ist. Das Ob jekt kann vielmehr über das Gesichtsfeld der Aufnahme hinwegwandem; eine automatische Objektivnachfüh rung unter grosser Freizügigkeit der Aufnahme ist also möglich.
Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Aus führungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 schematisch ein Zusatzgerät, welches dem Objekt, auf das fokussiert werden soll, beizufügen ist, und Fig. 2 ein Blockschema der notwendigen Bausteine und Funktionsteile in einer Aufnahmekamera, wobei Pfeile die Wirkrichtung der Signale angeben.
In der dargestellten Vorrichtung werden von einem durch einen Impulsmustergeber IMG modulierten Sen deoszillator OSZ, Fig. 1 kurze Impulse ausgesandt (Dauer z. B. 2 msec). Diese Impulse werden vorzugs weise von einer gemeinsamen Sonde SEMF + SSF oder auch von zwei getrennten Sonden SEMF und SSF, siehe gestrichelte Darstellung, in elektromagnetische Wellen und Schallwellen umgewandelt. Die Frequenzen der elektromagnetischen und Schallwellen sollen gleich sein, und zwar knapp unter 10 kHz (das hat den Vorteil, dass die ganze Anlage in Deutschland ohne Genehmi gung der Bundespost betrieben werden kann, ausserdem ist die Absorption der Schallwellen bei 10 kHz noch relativ gering).
Von dem Sender werden also gleichzeitig elektromagnetische und Schallwellen in Impulspaketen ausgestrahlt.
Die Zeitdauer zwischen den 2 msec-Impulsen soll ca. 50 msec betragen (dies wird später begründet). Wird die Ausführungsform mit nur einer Sonde gewählt, so kommt hierfür ein magnetostriktiver Schwinger in Fra ge, der den Vorteil hat, sich relativ leicht realisieren zu lassen, da er nur aus einer Spule mit Kern besteht, und der mit einer niedrigeren Spannung auskommt, die ja in dem Sender, da er batteriebetrieben sein wird, zur Ver fügung steht.
Auf Grund der hohen Ausbreitungsgeschwindig keit der elektromagnetischen Welle eilt diese der Schall welle voraus und ist - bezogen auf die Laufzeiten der Schallwelle - praktisch sofort an der Kamera. Hier (Fig. 2) befinden sich zwei Empfangssonden. Von der Sonde EMF, die auf das elektromagnetische Feld reagiert, wird das Impulspaket auf einen Pufferverstär ker PV1 geleitet, welcher wiederum auf einen Selektiv verstärker SV arbeitet, der die Sendefrequenz ausfiltert. Anschliessend wird diese in einem Gleichrichter G gleichgerichtet und über eine Triggerschaltung TRG als Eingangssignal für einen bistabilen Multivibrator BMV benutzt.
Bei diesem Vorgang wurde von der Vor aussetzung ausgegangen, dass vorher der Ausgang A1 des bistabilen Multivibrators BMV den Pufferverstärker PV1 eingeschaltet hatte. Wenn jetzt das Signal an den Eingang des bistabilen Multivibrators BMV kommt, so übt er seine Funktion aus, und der Pufferverstärker PV2 wird über Ausgang A2 angeschaltet, PV1 dann abgeschaltet und ein Transistorschalter TS2 eingeschal- tet, so dass das Ausgangssignal des selektiven Verstär kers SV jetzt auch auf einen Regelverstärker RV/SP gelangt. Die Sonde SF für Schallwellen ist also über den Pufferverstärker PV2 an den Selktivverstärker SV an geschlossen. Gleichzeitig wird jetzt ein Zeitglied ZG ge startet (z. B. Kondensatoraufladung). Dieser ganze Vor gang erfolgt im Bruchteil einer msec.
Je nach Entfer nung des Senders von der Kamera wird die Laufzeit der Schallwelle ca. 3-35 msec betragen.
Gelangt jetzt in dieser Zeitspanne die Schallwelle an die betreffende Sonde SF, dann wird sie im Puffer verstärker PV2 verstärkt, anschliessend selektiert, gleich gerichtet und über die Triggerschaltung TRG wieder dem Eingang des bistabilen Multivibrators BMV zu geführt (die Funktion der Teile TS2, TRG und RV/ SP wird später erklärt). Der bistabile Multivibrator BMV kippt wiederum um und schaltet die Schallfeld sonde SF ab, so dass Schallwellen, die über den Um weg einer Reflexion vom Sender zur Kamera gelangten, sich nicht mehr auswirken können.
Gleichzeitig wird das Zeitglied ZG gestoppt, der Transistorschalter TS2 wieder abgeschaltet und ein mo nostabiler Multivibrator MMV eingeschaltet. Dieser schaltet für eine kurze Zeit (unter 1 msec) einen Tran sistorschalter TS1 durch, so dass auf Grund der Lauf zeit der Schallwelle die im Zeitglied ZG vorhandene Information in einen Zwischenspeicher ZSP gelangen kann. Der Zwischenspeicher ZSP gibt seine Informa tion an den Regelverstärker/Speicher RV/SP und an eine Brückenschaltung BS weiter. Ist das Objektiv, welches von einem Motor M angetrieben wird, nicht auf die richtige Enrfernung fokussiert, so wird die Brük- kenschaltung verstimmt, und der Motor dreht das Ob jektiv so lange, bis die Sollage erreicht ist.
Die jeweilige Stellung des Objektivs wird der Brückenschaltung über ein Potentiometer P, welches vom Motor M synchron mit dem Objektiv verstellt wird, mitgeteilt. Wie bereits oben erwähnt, ist durch das Wiederumkippen des Mul tivibrators BMV jetzt die Sonde EMF für das elektro magnetische Feld über den Pufferverstärker PV1 wieder an den Selektivverstärker SV angeschlossen und ist für den Empfang des nächsten Impulspaketes der von dem Sender ausgestrahlten elektromagnetischen Welle bereit. Damit ist der Kreislauf schon geschlossen, denn die ein treffende elektromagnetische Welle schaltet wiederum die Schallfeldsonde SF an den Selektivverstärker SV und lässt das Zeitglied ZG starten.
Nach Eintreffen der Schallwelle wird wiederum umgeschaltet auf die Sonde EMF, das Zeitglied ZG gestoppt und der neu ermittelte Wert über den Zwischenspeicher ZSP der Brücken schaltung BS und dem Regelverstärker/Speicher RV/SP mitgeteilt.
Nun zur Funktion der Teile TS2, RV und TRG. Bekannterweise ist die Ausbreitung von Schallwellen stark witterungsabhängig, d. h. bei ungünstigen Verhält nissen (z. B. Nebel) kann die Absorption um ein mehr faches gegenüber derjenigen bei günstigen Bedingun gen liegen. Um aber mit Sicherheit die Schallwelle des Senders an der Kamera empfangen zu können, müsste man den Pufferverstärker PV, und den Selektivverstär- ker SV den ungünstigsten Verhältnissen entsprechend auslegen.
Das hätte folgendes Funktionsrisiko zur Folge: Bei günstigen Umweltbedingungen könnte anstelle der zuletzt ausgesandten Schallwelle eine Reflexion eines zeitlich davorliegenden Impulsces aufgefangen werden. Das würde selbstverständlich zu einer Fehlmessung füh ren. Dieses Versagen des Systems soll folgendermassen ausgeschlossen werden: Kommt die erste vom Sender ausgestrahlte Schallwelle an, so gelangt diese (wie oben geschildert) über den Transistorschalter TS2 auch an den Regelverstärker/Speicher RV/SP. Ausserdem erhält dieser Baustein vom Zwischenspeicher ZSP auch die Information über die gemessene Entfernung.
Aus diesen beiden Werten, nämlich dem durch den Schalter TS2 mitgeteilten Amplitudenwert und dem durch die Teile ZG und ZSP festgestellten, aus der Kondensatorspan nung an ZG z. B. ermittelten Entfernungswert, kann der Regelverstärker RV einen Wert ermitteln, den er über den Speicher SP der Triggerschaltung TRG mitteilt. Dieser Wert entspricht (unter Berücksichtigung einer gewissen Sicherheit) demjenigen Spannungswert, der am Ausgang des Gleichrichters G vorhanden sein muss, entweder bei maximaler Entfernung (12 m) oder bei einer festzusetzenden prozentualen Änderung der er sten gemessenen Entfernung, d. h. der Regelverstärker setzt für den Trigger eine Schwelle fest, die abhängig von der Stärke der empfangenen Schallwelle - also auch von den Witterungsbedingungen - variiert wird.
Mit anderen Worten, durch den Auftreffzeitpunkt der Schallwelle im Vergleich zur elektromagnetischen Welle wird durch die Kondensatoraufladezeit im Zeitglied ZG eine der Objektentfernung proportionale Spannungs- grösse hergestellt, die sowohl dem Brückenkreis BS als auch über den Zwischenspeicher ZSP dem Regelver stärker RV/SP zugeleitet wird. Der Transistorschalter TS2, durch die elektromagnetische Welle in Bereit schaft gesetzt und durch die Schallwelle eingeschaltet, teilt dem Regelverstärker/Speicher RV/SP die Signal stärke der Schallwelle mit. Der Regelverstärker/Speicher RV/SP stellt an der Triggerschaltung TRG einen An sprechspielraum mit einer Ansprechschwelle für zu er wartende, im Rahmen bleibende Entfernungsänderun gen fest.
Da nun die Zeit zwischen den Impulspaketen ca. 50 msec betragen soll, müssen die Schallwellen, die eine Laufzeit von 50 msec durchgemacht haben, in ihrer Amplitude mehr abgesunken sein als der nächste Im puls, der maximal 12 m zurückgelegt hat. Zwischen die sen beiden Amplituden liegt jeweils die entsprechend angepasste Schwelle des Triggers TRG, so dass reflek tierte Wellen keinen Einfluss auf den bistabilen Multi vibrator BMW ausüben können und somit keine Fehl messung möglich ist. Dies ist ein entscheidender Punkt, die Funktionssicherheit des gesamten Systems zu garan tieren.
Hinzu kommt, dass reflektierte Wellen, die infolge ihrer längeren Laufzeit in die Wirkzwischenzeiten von 50 msec hineinfallen, in denen kein Empfang stattfin det, sowieso nicht berücksichtigt werden und auf diese Weise die Arbeit der Einstelleinrichtung nicht stören können.
Aus den obigen Erläuterungen geht das Prinzip des Systems hervor: Mit der elektromagnetischen Welle wird die Kamera mit dem Sender synchronisiert, d. h. diese Welle gibt der Kamera die Information: Jetzt wird eine Schallwelle ausgesandt, so dass die Kamera zu diesem Zeitpunkt mit der Zeitmessung beginnt. Der übrige Vor gang ist eine einfache Laufzeitmessung. Günstig er scheint bei dem hier gezeigten System, dass der im Sen der notwendige Aufwand sehr gering ist, was der For derung nach kleinem Volumen entgegenkommt.
Selbstverständlich lassen sich Bausteine und -grup- pen des hier vorgeschlagenen Systems modifizieren. Z. B. könnte man zwei Selektivverstärker verwenden, dadurch würden einige Transistorschalter wegfallen.