Die Erfindung bezieht sich auf eine Kamera mit einem Objektiv und einer automatischen Fokussiereimichtung, bei der mit Hilfe zweier an einer Messbasis gelegener optischer Systeme - von denen zumindest eines so bewegbar ist, dass seine optische Achse den Objektraum abtastet - je ein Bild des Objektraumes einer photo elektrischen Vergleichseimichtung zugeführt wird, die in einer eine Übereinstimmung der Bilder bezüglich ihrer Fotodetektoren ergebenden Stellung des optischen Abtastsystems ein In-Fokus -Signal abgibt, und bei der eine Nachführeinnchtung zum Nachjustieren der Stellung eines Fokussiergliedes des Objektivs entsprechend der In Fokus -Stellung des optischen Abtastsystems vorgesehen ist.
Ein derartiges Fokussiersystem für Kameras ist beispielsweise aus den US-PS 3 435 744 und 3 838 275 bekannt geworden. Während nun bei letzterer Literaturstelle die Nachführeinrichtung nur angedeutet beschrieben ist, ist sie im Falle des ersteren US-PS in Form eines mechanischen tXbertra- gungsgetriebes verwirklicht, mit Hilfe dessen die Bewegung des bewegbaren optischen Systems unmittelbar auf das Fokussierglied des Objektivs übertragen wird. Nachteilig ist dabei, dass durch das Lagerspiel u. dgl. sich zwangsläufig gewisse Toleranzfehler ergeben, so dass daraus Abweichungen von der optimalen Einstellung resultieren können.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kamera mit grösserer Einstellgenauigkeit zu schaffen, was erfindungsgemäss dadurch gelingt, dass zwecks Verminderung von Toleranzfehlem die Nachführeinrichtung einen optischen Positionsgeber mit einer Lichtquelle aufweist, deren Lichtstrahl von einem beweglichen Element des optischen Abtastsystems auf eine fotoelektrische Empfangseinrichtung projiziert wird, wobei durch die von dem optischen Abtastsystem und dem Fokussierglied herrührenden Bewegungen des optischen Positionsgebers der Lichtstrahl die foto elektrische Empfangseinrichtung nur dann trifft, wenn die Lage des Fokussiergliedes und die des optischen Abtastsystems der gleichen Objektent nennung entsprechen.
Da ein Lichtstrahl im Gegensatz zu einem mechanischen Getriebe selbstverständlich kein Lagerspiel u. dgl. aufweist und überdies verhältnismässig stark gebündelt sein kann, sind damit die sich bei mechanischen Übertragungsgliedern ergebenden Toleranzfehler ausgeschaltet. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, dass der sonst für mechanische Bauteile nötige Raum frei wird und damit die Kamera platzsparender ausgebildet sein kann. Der Begriff Licht ist dabei im weitesten Sinne zu verstehen, so dass er auch die dem menschlichen Auge nicht unmittelbar sichtbare Strahlung, wie.Infrarotlicht oder Ultraviolettlicht, mit umfasst.
Weitere Einzelheiten ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Fig. 1 zeigt eine Kamera in Seitenansicht, wobei wesentliche Teile des Inneren sichtbar gezeichnet sind. Fig. 2 veranschaulicht hiezu ein Blockschaltbild, wogegen die Fig. 3, 4 und 5 verschiedene Ausführungsformen darstellen. Die Fig. 6A, 6B zeigen eine mögliche Schaltung der Empfangseinrichtung samt den dabei auftretenden Signalformen. Fig. 7 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführung der Schaltung einer Auswerteeinrichtung.
Eine Kamera 1 (Fig. 1) weist ein Objektiv 2 auf, das aus einem zum Fokussieren dienenden Frontglied 3 und dem dahinterliegenden, lediglich schematisch dargestellten Linsensystem 4 besteht. Das Objektiv 2 hat eine optische Achse 5, in der das in Fig. 1 nicht sichtbare Bildfenster einer Filmkasette 6 liegt.
Die Kamera ist weiters mit einem Suchersystem 7 versehen, von dem in Fig. 1 lediglich eine Augenmuschel 8 sowie eine Linse 9 sichtbar ist. Das Suchersystem 7 ist in an sich bekannter Weise ausgebildet, so dass eine ins Einzelne gehende Beschreibung entfallen kann.
Der Kamera ist ein Entfernungsmessystem zugeordnet, das als Basisentfernungsmesser aufgebaut ist. Hiezu sind zwei an einer durch die Kamerahöhe gegebenen Messbasis gelegene optische Systeme 10, 11 vorgesehen, von denen das optische System 10 ein in Form einer einzigen Linse angedeutetes starres Objektiv 12 und einen ebenfalls starren Spiegel 13 aufweist. Das Objektiv 12 besitzt eine optische Achse 14.
Das optische System 11 ist ähnlich wie das System 10 aufgebaut, doch ist sein Spiegel 15 um eine Achse 16 schwenkbar, wobei das zugehörige Objektivsystem 17 gegebenenfalls mit dem Spiegel schwenkbar sein kann, gewünschtenfalls aber auch starr in die Kamera 1 eingebaut ist. Wesentlich ist lediglich, dass die optische Achse 18 des beweglichen optischen Systems 11 den Objektraum bei der Bewegung des Spiegels 15 um die Achse 16 abtastet und dabei verschiedene Winkel in verschiedenen Entfernungen von der Kamera 1 mit der optischen Achse 14 einschliesst, so dass bei Übereinstimmung der von den optischen Systemen 10, 11 gelieferten Bilder anhand der Winkelstellung des Spiegels 15 eine klare Aussage über die Entfernung des Objektes gemacht werden kann.
Um nun die Übereinstimmung der von den optischen Systemen 10, 11 gelieferten Bilder automatisch festzustellen, ist es aus den schon genannten US-PS 3 838 175 bereits bekannt, an einander entsprechenden Stellen der beiden Bildorte eine Mehrzahl von lichtelektrischen Wandlern, z. B. zeilenförmig, vorzusehen, wobei bei Übereinstimmen der Ausgangssignale dieser lichtelektrischen Wandler ein Übereinstimmen der beiden Bilder angenommen wird. In Fig. 2 sind zwei elektronische Bauteile 19, 20 mit einer Mehrzahl von in einer Reihe angeordneten Fotodioden 21, 21' schematisch dargestellt, wobei die entsprechende räumliche bzw. optische Anordnung aus Fig. 1 ersichtlich ist. Die beiden Bauteile 19, 20 sind mit einer Vergleichseinrichtung 22 baulich verbunden, die selbstverständlich ausserhalb des Bereiches der optischen Achse 5 angeordnet ist.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, werden jedenfalls die entlang der Achsen 14, 18 einfallenden Strahlen durch die Spiegel 13, 15 auf die Wandlereinheiten 19, 20 gerichtet, auf denen sich schon die in Fig. 2 ersichtlichen Bilder 23, 23' ergeben.
Das Fokussierglied 3 des Objektives 2 ist mit Hilfe eines Entfernungseinstellringes 25 entlang der optischen Achse 5 verschiebbar, wobei die Bewegung des Fokussiergliedes 3 in die eine Richtung durch eine entsprechende Schraubverbindung eine Verschiebung eines Tubusses 24 in die andere Richtung bewirkt. All diese bisher beschriebenen Teile sind aus den bereits genannten sowie aus anderen Literaturstellen bereits bekannt.
Um nun die Stellung des Fokussiergliedes 3 mit der Winkellage des schwenkbaren Spiegels 15 zu koordinieren, ist ein optischer Positionsgeber vorgesehen, der eine Lichtquelle 26, z. B. ein Lämpchen oder eine Leuchtdiode, aufweist, deren Lichtstrahl 27 vom Spiegel 15 reflektiert und auf einen am Fassungstubus 24 befestigten und mit diesem verschiebbaren Spiegel 28 gerichtet wird. Vom Spiegel 28 aus fällt schliesslich der Lichtstrahl 27 auf eine Empfangseinrichtung 29, die im einfachsten Falle von einem einzigen lichtelektrischen Wandler gebildet ist.
Die Kamera 1 kann nun einen Schaltknopf 30 aufweisen, bei dessen Betätigung die Fokussiereinrichtung eingeschaltet wird. Zu diesem Zwecke wird das bewegbare optische System 11 mit dem Spiegel 15 in noch später zu beschreibender Weise in Schwingungen versetzt, so dass der gesamte vor der Kamera 1 und ihrem Objektiv 2 liegende Objektraum periodisch abgetastet wird. Dabei ergibt sich immer dann, wenn die beiden Bilder 23, 23' (Fig. 2) miteinander übereinstimmen, am Ausgang der Vergleichseinrichtung 22 ein In-Fokus -Signal 31.
Gleichzeitig mit der Versorgung der Vergleichseinrichtung 22 beim Betätigen des Knopfes 30 wird auch eine Stromversor gungseinheit 32 mit dem Empfangseinrichtung 29 verbunden, die immer dann ein Ausgangssignal 33 abgibt, wenn die Stellung des Spiegels 15 der Einstellung des Fokussiergliedes 3 bzw. seines Fassungstubus 24 übereinstimmt. Stimmen diese beiden Stellungen ihrerseits wieder mit dem Auftreten des Signales 31 überein, d. h. erfolgen die Signale 31, 33 gleichzeitig, so ist das Objektiv 2 richtig auf das Objekt fokussiert, andernfalls liegt eine Abweichung von der richtigen Einstelllage des Fokussiergliedes 3 vor, was sich in einer Phasenverschiebung der beiden Signale 31, 33 in der einen oder anderen Richtung äussert.
Deshalb ist ein Phasendetektor 34 vorgesehen, an dessen Ausgang eine Auswerteeinrichtung 35 liegt. Diese Auswerteeinrichtung 35 kann von einer Anzeigeeinrichtung gebildet sein, die dem Benützer die Abweichung anzeigt. Sodann braucht lediglich der Entfernungseinstellring 25 von Hand aus solange gedreht werden, bis die Auswerteeinrichtung 35 die zeitliche Übereinstimmung der beiden Signale 31, 33 anzeigt.
Zweckmässig ist jedoch die Auswerteeinrichtung 35 von einer Steuereinrichtung gebildet, wie sie anhand einer bevorzugten Ausführung (Fig. 7) später noch beschrieben wird.
In Fig. 3 besitzen Teile gleicher Funktion dieselben Bezugszeichen wie in den übrigen Figuren. Der Übersichtlichkeit halber sind dabei verschiedene bereits beschriebene Teile weggelassen. So ist vom bewegbaren optischen System 11 lediglich der Spiegel 15 dargestellt, der um eine Achse 16 schwingt und hiezu an einem Traghebel 36 befestigt ist, der um die gleiche Achse 16 schwingt. Der Traghebel 36 weist ein Langloch 37 auf, in dem ein exzentrisch zur Drehwelle eines Motors 39 angeordneter Bolzen 38 eingreift. Mit der Drehung des Motors 39 läuft somit der Bolzen 38 um und schwenkt dabei den Spiegel 15 hin und her.
Das Objektiv 2 weicht in seiner Bauweise im Vergleich zu Fig. 1 insoferne ab, als der Fassungstubus 24 einen Fassungsring 24' unverdrehbar trägt, in dem eine Positivlinse 3a als Fokussierglied sitzt. Mit dem Fassungstubus 24 ist ein Stift 40 fest verbunden, an dem ein um eine gerätefeste Achse 41 schwenkbarer, zweiarmiger Hebel 42 angreift. Der zweiarmige Hebel 42 wirkt dabei aus einem später noch zu erläuternden Grund als mechanisches Inversionsglied.
Zur Verschiebung des Fassungstubus 24 entlang der optischen Achse 5 ist ein Motor 43 vorgesehen, der ähnlich dem Motor 39 einen zur Motorwelle 44 exzentrisch an einer Scheibe 45 befestigten Stift 46 aufweist, der in ein Langloch 47 des zweiarmigen Hebels 42 eingreift und damit bei Drehung der Motorwelle 44 den Hebel 42 um die Achse 41 zu schwenken bzw. den Fassungstubus 24 in der einen oder anderen Richtung entlang der optischen Achse 5 zu verschieben vermag. An den das Langloch 47 tragenden Arm des Hebels 42 ist ein in seiner Funktion des Spiegels 28 der Fig. 1 entsprechender Spiegel 28a befestigt, der im dargestellten Falle jedoch als Hohlspiegel ausgebildet ist.
Dementsprechend erhält dieser Hohlspiegel 28a von der Lichtquelle 26 den Lichtstrahl 27 über den bewegbaren Spiegel 15 und reflektiert diesen Lichtstrahl 27 auf einen lichtelektrischen Wandler 29', der Teil der Empfangseinrichtung 29 ist.
Die mehrfache Reflexion des Lichtstrahles 27 führt infolge der Verdopplung der Ausfallwinkel zu einer grösseren Ablesegenauigkeit. Da, wie anhand der Fig. 1 und 2 erläutert, der Spiegel 15 auch zur Übertragung des Bildes 23' auf die Wandlereinheit 20 dient, muss dafür Sorge getragen werden, dass das Licht der Lichtquelle 26 das Bild 23' nicht stört. Aus diesem Grunde ist zweckmässigerweise die Lichtquelle 26 ausserhalb des Strahlenganges 18 (Fig. 1), im dargestellten Falle an der unteren Seite angeordnet. Überdies kann die Lichtquelle 26 eine solche sein, die Licht ausserhalb des sichtbaren Wellenbereiches aussendet. Hiefür eignet sich besonders eine Ga-As Diode, die Infrarotlicht emittiert, wobei dann der Wandler 29' der Empfangseinrichtung entsprechend gewählt werden muss.
Sendet aber die Lichtquelle 26 sichtbares Licht oder lässt sich ihr Licht auf einfache Weise sichtbar machen, so kann sie gleichzeitig zu Anzeigezwecken herangezogen werden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. So ist es zweckmässig, dem Benützer in dem von einem Sucherobjektiv 7' entworfenen Sucherbild 48 anzuzeigen, in welcher Stellung sich das Fokussierglied 3 a befindet bzw. ob es etwa gerade erst auf die richtige Entfernungseinstellung nachjustiert wird. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, die der Stellung des Fokussiergliedes 3a entsprechende Stellung des Spiegels 28a unbeeinflusst von der Schwingbewegung des Spiegels 15 anzuzeigen.
Deshalb ist im Strahlengang 27 der Lichtquelle 26 ein teildurchlässiger Spiegel 49 vorgesehen, der aus dem von der Lichtquelle 26 ausgesandten Lichtbündel einen strichpunktiert gezeichneten Strahl 50 abtrennt, der über den Hohlspiegel 28a einer Reihe 51 von Lichtleiterenden zugeführt wird. Die anderen Enden dieser Lichtleiter 52 sind so angeordnet, dass ihr Licht im Sucherbild 48 sichtbar ist, wo das Ende jedes der Lichtleiter 52 einer vorbestimmten Skaleneinteilung zugeordnet ist. Obwohl mittels des Spiegels 49 das Licht der Lichtquelle 26 auch anderen Anzeigeeinrichtungen zugeführt werden könnte, um damit die Lichtquelle 26 besser auszunützen, so ist es natürlich besonders vorteilhaft, wenn es sich um die Anzeige der eingestellten Entfernung handelt.
Mit dem Verschwenken des Hohlspiegels 28a um die Achse 41 wandert dementsprechend der Lichtstrahl 50 die Reihe 51 entlang und tritt damit in jeweils einen der Lichtleiter 52 ein, von dem er der zugehörigen Skaleneinteilung der Skala 53 zugeführt wird.
Wenn der Spiegel des bewegbaren optischen Systems 11 zunächst auf ein unendlich entferntes Objekt gerichtet ist, so liegt seine optische Achse 18 (Fig. 1) parallel zur optischen Achse 14 des optischen Systems 10. Wird die Achse 18 auf nähere Objekte eingestellt, so dreht sich dabei der Spiegel 15 im Uhrzeigergegensinn (bezogen auf Fig. 1) um seine Achse 16. Zur Anpassung der Stellung des Fokussiergliedes 3 muss dieses zur Bildseite hin bewegt werden, wenn das Objekt weiter weg rückt, bzw, muss es zur Einstellung auf nähere Objekte zur Objektseite hin verschoben werden, mithin eine der Bewegung des Spiegels 15 entgegengesetzte Bewegung ausführen. Um diese Bewegungsumkehr zu erhalten, ist der Hebel 42 zweiarmig ausgeführt und wirkt demnach als mechanisches Inversionsglied.
Ein solches mechanisches Inversionsglied ist deswegen unter Umständen von Nachteil, weil sich durch das Spiel im Langloch 47, an der Achse 41 und dem Stift 40 gegebenenfalls wiederum Toleranzfehler einstellen können. Es ist daher vorteilhaft, ein solches mechanisches Inversionsglied zu vermeiden, was entweder gemäss Fig. 1 geschehen kann, oder vorteilhaft auch in der Weise, wie dies anhand der Fig. 4 beschrieben wird. Hiebei ist der Spiegel 15 beidseitig verspiegelt, beispielsweise als beidseitig reflektierendes Metallplättchen ausgebildet. Mit der einen Spiegelseite führt er das entlang der optischen Achse 18 eintretende Licht der Wandlereinheit 20 zu. An der Rückseite des Spiegels 15 ist ein Lämpchen 26' als Lichtquelle zusammen mit einem kleinen Reflektor 54 angeordnet, die den Lichtstrahl 27 aussendet.
Ebenso wie im Beispiel gemäss Fig. 1 ist der Spiegel 28 unmittelbar am Fassungstubus 24 befestigt und führt mit diesem eine Längsbewegung entlang der optischen Achse 5 aus. Zur Verstellung des Fassungstubus 24 ist ein Gewindetubus 55 mit einem Zahnkranz 56 versehen, der mit einem an der Motorwelle 44 des Motors 43 befestigten Ritzel 57 im Eingriff steht.
Durch diese Anordnung ergibt sich einerseits aus optischen Gründen eine Inversion, weil nämlich bei Verkleinerung des Winkels der zwischen den beiden Ästen der optischen Achse 18 gleichzeitig sich der Reflexionswinkel des Lichtstrahles 27 an der Rückseite des Spiegels 15 vergrössert, und damit eine gleichsinnige Bewegung wie das Fokussierglied 3 ausführt.
Anderseits aber ist durch diese Anordnung besser gesichert, dass das Licht der Lichtquelle 26' das vom Spiegel 15 auf die Wandlereinheit 20 geworfene Licht nicht beeinflusst.
Während bei der Ausführung gemäss Fig. 3 der Trägerhebel 36 von dem Motor 39 zu oszillierender Bewegung angetrieben wurde, zeigt Fig. 4, dass es auch möglich ist, einen Trägerhebel 36' mittels Federn 58, 59 als mechanisches Schwingsystem auszubilden, so dass der Benützer nach dem Einschalten der Fokussiereinrichtung mittels des Druckknopfes 30 (Fig. 1, 2) lediglich dieses mechanische Schwenksystem 36', 58, 59 durch einen leichten Stoss an einem von der Aussenseite der Kamera 1 erfassbaren Knopf 60 in Schwingungen zu versetzen braucht.
Es ist jedoch auch möglich, dass diese Schwingungen des Hebels 36' über einen Wellenstummel 16 auf ein piezoelektrisches Element übertragen wird, von dessen Ausgangssignalen die Spannungsversorgungseinrichtung 32 (Fig. 2) in Betrieb gesetzt wird.
Obwohl wegen der Verdopplung des Ausfallwinkels durch Spiegeln die Verwendung derartiger optischer Elemente vorteilhaft ist, können die Lichtquelle 26 und die Empfangseinrichtung 29 auch unmittelbar mit den jeweiligen optischen Systemen 3 bzw. 11 verbunden sein (Fig. 5), wodurch sich ein vereinfachter Aufbau ergibt. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass für entsprechende Zuleitungen zu den beweglichen elektrischen Bauteilen 26, 29 zu sorgen ist. Schon aus dem Grunde kann eine ortsfeste Anordnung entsprechend den Fig. 1, 3 und 4 bevorzugt sein. Mangels eines entsprechenden Inversionsgliedes wird sich bei einer Anordnung gemäss Fig. 5 die Verwendung eines innen liegenden Fokussiergliedes 3 mit gleicher Fokussierbewegung wie der Spiegel 15 ergeben.
Zur Vermeidung von Beeinflussungen des auf der Wandlereinheit 20 durch das bewegbare optische System 11 entworfenen Bildes durch den von der Lichtquelle 26 ausgesandten Lichtstrahl 27 ist dieser zweckmässig wiederum aus einem Wellenbereich ausserhalb des sichtbaren Spektrums gewählt, wobei gegebenenfalls der Wandlereinheit 20 ein entsprechendes Filter 61 (vgl auch Fig. 1) vorgeschaltet ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltung des optischen Positionsgebers 29 (Fig. 2) ist aus Fig. 6A ersichtlich, wobei Fig. 6B die dabei vorkommenden Signale veranschaulicht. Hiebei sind anstelle einer einzigen Fotozelle 29' (vgl.
Fig. 3, 4) zwei nebeneinander liegende lichtelektrische Wand ler 29a vorgesehen. Jeder dieser Wandler liegt in einem Ast je eines Spannungsteilers, deren Mittelabgriffe die Eingänge eines Differenzverstärkers 62 bilden. Am Ausgang des Differenzverstärkers 62 liegt ein Nulldurchgangsdetektor 63, dessen wesentlichster Bauteil im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Inverter 63b ist. Das Ausgangssignal B dieses Detektors 63 wird einem UND-Gatter 64 zugeführt, das als Torschaltung von einem Vergleichskreis 65 gesteuert wird, der unter anderem ein ODER-Gatter 65b aufweist und an seinem Ausgang ein Ausgangssignal C liefert.
Da ja auch sehr klein gebaute lichtelektrische Wandler eine gewisse Mindestgrösse aufweisen, ergibt sich beim Schwenken des bewegbaren optischen Systems 11 mit dem Spiegel 15 ein Ausgangssignal am lichtelektrischen Wandler mit verhältnismässig flachen Flanken, sobald der Lichtstrahl diesen Wandler überstreicht. Die Grösse dieses Ausgangssignales ist dabei sowohl von zufälligen Helligkeitsschwankungen an der Lichtquelle als auch von der Temperatur abhängig. Hinzu tritt, dass infolge der notwendigen Mindestgrösse der Wandleroberfläche ein Ausgangssignal nicht erst dann auftritt, wenn sich der Lichtstrahl in der Mitte des Wandlers befindet, wodurch sich wiederum Möglichkeiten für Toleranzfehler ergeben.
Durch die Verwendung der Wandlereinheit 29a gemäss Fig. 6A ergibt sich am Ausgang des Differenzverstärkers 62 ein Ausgangssignal A gemäss Fig. 6B, sobald der Lichtstrahl 27 der Lichtquelle 26 auf die Wandlereinheit 29a trifft. Bevor der Lichtstrahl die Wandlereinheit 29a erreicht hat, ergibt sich das Ausgangssignal Null. Dies ist am Anfang und am Ende des in Fig. 6B gezeigten Signales A der Fall. Ein Null-Signal ergibt sich aber auch in der Mitte, wenn beide lichtelektrischen Wandler der Wandlereinheit 29a gleichmässig beleuchtet sind.
Es kommt also darauf an, diesen in der Mitte liegenden Nullpunkt zu finden. Zu diesem Zweck ist der Nullpunktdetektor 63 vorgesehen, der im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Impulsformerstufe 63a und dem nachgeschalteten Inverter 63b bestehen kann. Damit werden aus dem Signal A zunächst Rechteckimpulse geformt und diese anschliessend invertiert, wodurch sich das Signal B ergibt. Die bisher geschilderte Signalaufbereitung kann aber auch anders erfolgen, wobei lediglich wesentlich ist, dass der in der Mitte liegende Nulldurchgang mittels des Schaltkreises 63 festgestellt wird.
Da, wie erwähnt, und aus dem Signal A ersichtlich, sich vor dem Überstreichen der Oberfläche der Wandlereinheit 29a durch den Lichtstrahl ebenfalls ein Null-Signal ergibt, ist es erforderlich, diesen Bereich aus der Betrachtung auszuschliessen. Hiezu liegt an den beiden Eingängen des Differenzverstärkers 62 auch jeweils ein Eingang einer Vergleichseinrichtung verbunden, die feststellt, ob an wenigstens einem Ausgang der durch die Spannungsteiler gebildeten Brücke ein Signal auftritt. Eine derartige Schaltung ist beispielsweise aus der US-PS 3 935 524 bekannt geworden. Sie besteht im wesentlichen aus einem Differenzverstärker mit an beide Ausgänge geschaltetem ODER-Gatter und einer Impulsformerstufe, wobei in Fig. 6A Differenzverstärker und Pulsformerstufe in Form des Symboles 65a und das ODER-Gatter 65b dargestellt sind.
Dadurch ergibt sich am Ausgang dieser Schaltung das Ausgangssignal C, dessen Impuls erst nach dem Auftreffen des Lichtstrahles 27 auf der Wandlereinheit 29a beginnt und noch vor dem Ende des Signals A endet. Dieses Signal C steuert das Tor 64 und lässt damit von den drei Impulsspitzen des Signales B lediglich die mittlere in Form des Signales D durch, dessen Impuls 33 entsprechend Fig. 2 weiterverarbeitet wird.
Wie die Verarbeitung der Signale 31, 33 im Phasendetektor 34 erfolgt, wurde bereits oben anhand der Fig. 2 erläutert.
Demgemäss ergibt sich am Ausgang des Phasendetektors 34 ein positives oder negatives Gleichstromsignal, wenn das Signal 31 oder 33 früher als das jeweils andere Signal eintrifft, und ein Nullsignal, wenn beide Signale 31, 33 genau in Phase liegen. In Fig. 7 ist nun eine Schaltung zur Steuerung des Motors 43 (Fig. 3, 4) dargestellt, der vprteilhafterweise als Schrittmotor ausgebildet ist. Hiezu tritt das vom Phasendetektor 34 kommende Signal über eine Eingangsklemme 66 (vgl.
auch Fig. 2) in den Schaltkreis ein und gelangt zunächst zu einem Schwellwertschalter 67. Da das vom Phasendetektor 34 abgegebene Signal ein Gleichstromsignal oberhalb oder unterhalb von Null ist, ist die Schaltschwelle für den Schwellwertschalter 67 bei Null gewählt, so dass ein positives Signal den Schwellwertschalter aufsteuert, wogegen er bei einem negativen oder einem Null-Signal geschlossen bleibt. Wie bereits anhand der Fig. 2 erläutert, ist das Objektiv 2 dann auf das anvisierte Objekt fokussiert, wenn die beiden Signale 31, 33 genau in Phase liegen, so dass ihre Phasendifferenz Null beträgt. Dieser Phasendifferenz entspricht das Ausgangssignal des Phasendetektors 34.
Der Schwellwertschalter 67 steuert ein Flip-Flop 68, das je nach dem Schaltzustand des Schwellwertschalters 67 den einen oder den anderen Zustand annimmt und damit an seinem Ausgang jeweils einem der beiden vorhandenen UND-Gatter 69, 70 ein Ausgangssignal zuführt. Diese Torschaltungen 69, 70 werden somit vom Flip-Flop 68 gesteuert, so dass jeweils eines von ihnen Impulse durchlässt, die ihm von einem Oszillator 71 zugeführt werden. Die Ausgänge der UND-Gatter 69, 70 sind mit einer Schrittmotoransteuerung 72 verbunden, die den Motor 43 so ansteuert, dass er bei Erhalt der Impulse des Oszillators 71 über das Tor 69 sich in der einen, bei Erhalt dieser Impulse über das Tor 70 jedoch in der anderen Richtung dreht.
Damit ist gesichert, dass je nach der Richtung der Abweichung von der richtigen Fokuslage bzw. der Richtung der Phasendifferenz der beiden Signale 31, 33 der Motor 43 jeweils in der richtigen Drehrichtung läuft. Nun muss lediglich dafür gesorgt werden, dass er auch in fokussierter Stellung des Objektives 2 stehenbleibt. Dies erfolgt dadurch, dass mit der Klemme 66 ein Eingang eines Differenzverstärkers 73 verbunden ist, dessen anderer Eingang an Masse liegt. Dementsprechend wird also das von der Klemme 66 kommende Ausgangssignal des Phasendetektors 34 jeweils mit Null verglichen, so dass sich am Ausgang des Differenzverstärkers 73 nur dann ein Signal ergibt, wenn das Ausgangssignal des Phasendetektors 34 von Null abweicht.
Da die Richtung dieser Abweichung nicht von Interesse ist, sind beide Ausgänge des Differenzverstärkers 73 mit einem ODER-Gatter 74 verbunden, das nun seinerseits mit seinem Ausgangssignal den Oszillator 71 nur dann in Betrieb setzt, wenn eine Abweichung des von der Klemme 66 kommenden Eingangssignales von Null gegeben ist. Selbstverständlich könnte das Ausgangssignal des ODER-Gatters 74 auch an jeder anderen Stelle des zum Motor 43 führenden Stromkreises das Signal unterbrechen.
Die Steuerung des Oszillators 71 selbst erscheint jedoch als vorteilhafter.
The invention relates to a camera with an objective and an automatic focusing device, in which with the help of two optical systems located on a measuring base - at least one of which is movable so that its optical axis scans the object space - each one image of the object space of a photo electrical comparison device is supplied, which emits an in-focus signal in a position of the optical scanning system resulting in a match of the images with respect to their photodetectors, and in which a tracking device for readjusting the position of a focusing element of the lens according to the in-focus position of the optical scanning system is provided.
Such a focusing system for cameras is known, for example, from US Pat. Nos. 3,435,744 and 3,838,275. While the tracking device is only hinted at in the latter reference, in the case of the first US patent it is implemented in the form of a mechanical transmission gear, with the aid of which the movement of the movable optical system is transmitted directly to the focusing element of the objective. The disadvantage here is that the bearing play u. Like. Certain tolerance errors inevitably result, so that deviations from the optimal setting can result.
The invention is based on the object of creating a camera with greater setting accuracy, which is achieved according to the invention in that, in order to reduce tolerance errors, the tracking device has an optical position transmitter with a light source, the light beam of which projects from a movable element of the optical scanning system onto a photoelectric receiving device is, wherein the resulting from the optical scanning system and the focusing member movements of the optical position sensor of the light beam meets the photo-electrical receiving device only when the position of the focusing member and that of the optical scanning system of the same Objektent recognition correspond.
Since a light beam, in contrast to a mechanical gear, of course no bearing play u. The like. And, moreover, can be bundled relatively strongly, the tolerance errors resulting in mechanical transmission elements are eliminated. In addition, there is the advantage that the space otherwise required for mechanical components becomes free and the camera can thus be designed to save space. The term light is to be understood in the broadest sense, so that it also includes radiation that is not directly visible to the human eye, such as infrared light or ultraviolet light.
Further details emerge from the following description of the exemplary embodiments shown schematically in the drawing. Fig. 1 shows a camera in side view, essential parts of the interior are drawn visible. FIG. 2 illustrates a block diagram for this, whereas FIGS. 3, 4 and 5 represent different embodiments. FIGS. 6A, 6B show a possible circuit of the receiving device together with the signal shapes that occur. 7 illustrates a preferred embodiment of the circuit of an evaluation device.
A camera 1 (FIG. 1) has an objective 2 which consists of a front element 3 used for focusing and the lens system 4 located behind it, which is shown only schematically. The objective 2 has an optical axis 5 in which the image window of a film cassette 6 (not visible in FIG. 1) lies.
The camera is also provided with a viewfinder system 7, of which only an eyecup 8 and a lens 9 are visible in FIG. 1. The search system 7 is designed in a manner known per se, so that a detailed description can be omitted.
The camera is assigned a distance measuring system, which is designed as a basic distance meter. For this purpose, two optical systems 10, 11 located on a measuring base given by the camera height are provided, of which the optical system 10 has a rigid objective 12 indicated in the form of a single lens and a likewise rigid mirror 13. The objective 12 has an optical axis 14.
The optical system 11 is constructed similarly to the system 10, but its mirror 15 can be pivoted about an axis 16, the associated lens system 17 possibly being pivotable with the mirror, but if desired also rigidly built into the camera 1. It is only essential that the optical axis 18 of the movable optical system 11 scans the object space when the mirror 15 moves around the axis 16 and includes different angles at different distances from the camera 1 with the optical axis 14, so that if the Images supplied by the optical systems 10, 11 can be used to make a clear statement about the distance of the object on the basis of the angular position of the mirror 15.
In order to automatically determine the correspondence of the images supplied by the optical systems 10, 11, it is already known from the aforementioned US Pat. No. 3,838,175 to use a plurality of photoelectric converters, e.g. B. in a line, where if the output signals of these photoelectric converters match, a match between the two images is assumed. In FIG. 2, two electronic components 19, 20 with a plurality of photodiodes 21, 21 ′ arranged in a row are shown schematically, the corresponding spatial or optical arrangement from FIG. 1 being evident. The two components 19, 20 are structurally connected to a comparison device 22, which is of course arranged outside the area of the optical axis 5.
As can be seen from FIG. 1, the rays incident along the axes 14, 18 are directed by the mirrors 13, 15 onto the transducer units 19, 20, on which the images 23, 23 'shown in FIG. 2 already result.
The focusing element 3 of the objective 2 is displaceable along the optical axis 5 with the aid of a distance setting ring 25, the movement of the focusing element 3 in one direction causing a displacement of a tube 24 in the other direction by means of a corresponding screw connection. All these parts described so far are already known from those already mentioned and from other literature references.
In order to now coordinate the position of the focusing member 3 with the angular position of the pivotable mirror 15, an optical position transmitter is provided which has a light source 26, e.g. B. a lamp or a light emitting diode, the light beam 27 is reflected by the mirror 15 and is directed to a mirror 28 attached to the mount tube 24 and displaceable with it. From the mirror 28, the light beam 27 finally falls on a receiving device 29, which in the simplest case is formed by a single photoelectric converter.
The camera 1 can now have a switch button 30, upon actuation of which the focusing device is switched on. For this purpose, the movable optical system 11 with the mirror 15 is set to oscillate in a manner to be described later, so that the entire object space lying in front of the camera 1 and its lens 2 is periodically scanned. Whenever the two images 23, 23 ′ (FIG. 2) coincide with one another, an in-focus signal 31 is obtained at the output of the comparison device 22.
Simultaneously with the supply of the comparison device 22 when the button 30 is pressed, a Stromversor supply unit 32 is connected to the receiving device 29, which always emits an output signal 33 when the position of the mirror 15 matches the setting of the focusing element 3 or its mount tube 24. If these two positions agree again with the occurrence of the signal 31, i. H. If the signals 31, 33 occur simultaneously, the lens 2 is correctly focused on the object, otherwise there is a deviation from the correct setting position of the focusing element 3, which manifests itself in a phase shift of the two signals 31, 33 in one direction or the other .
A phase detector 34 is therefore provided, at the output of which an evaluation device 35 is located. This evaluation device 35 can be formed by a display device which indicates the deviation to the user. Then only the distance setting ring 25 needs to be turned by hand until the evaluation device 35 indicates the temporal correspondence of the two signals 31, 33.
However, the evaluation device 35 is expediently formed by a control device, as will be described later with reference to a preferred embodiment (FIG. 7).
In Fig. 3 parts with the same function have the same reference numerals as in the other figures. For the sake of clarity, various parts already described have been omitted. Thus, only the mirror 15 of the movable optical system 11 is shown, which swings about an axis 16 and for this purpose is attached to a support lever 36 which swings about the same axis 16. The support lever 36 has an elongated hole 37 in which a bolt 38 arranged eccentrically to the rotary shaft of a motor 39 engages. With the rotation of the motor 39, the bolt 38 rotates and thereby pivots the mirror 15 back and forth.
The objective 2 differs in its construction compared to FIG. 1 insofar as the mount tube 24 carries a mount ring 24 'in a non-rotatable manner, in which a positive lens 3a sits as a focusing member. A pin 40, on which a two-armed lever 42 pivotable about an axis 41 fixed to the device, is fixedly connected to the mount tube 24. The two-armed lever 42 acts as a mechanical inversion member for a reason to be explained later.
To move the mount tube 24 along the optical axis 5, a motor 43 is provided which, similar to the motor 39, has a pin 46 which is attached eccentrically to the motor shaft 44 on a disk 45 and which engages in an elongated hole 47 of the two-armed lever 42 and thus when the Motor shaft 44 is able to pivot the lever 42 about the axis 41 or to displace the mount tube 24 in one direction or the other along the optical axis 5. To the arm of the lever 42 carrying the elongated hole 47, a mirror 28a is fastened that corresponds in its function to the mirror 28 of FIG. 1, but is designed as a concave mirror in the illustrated case.
Correspondingly, this concave mirror 28a receives the light beam 27 from the light source 26 via the movable mirror 15 and reflects this light beam 27 onto a photoelectric converter 29 ′, which is part of the receiving device 29.
The multiple reflection of the light beam 27 leads to a greater reading accuracy due to the doubling of the angle of reflection. Since, as explained with reference to FIGS. 1 and 2, the mirror 15 is also used to transmit the image 23 ′ to the converter unit 20, care must be taken that the light from the light source 26 does not interfere with the image 23 ′. For this reason, the light source 26 is expediently arranged outside the beam path 18 (FIG. 1), in the case shown on the lower side. In addition, the light source 26 can be one which emits light outside the visible wave range. A Ga-As diode which emits infrared light is particularly suitable for this, in which case the converter 29 'of the receiving device must be selected accordingly.
If, however, the light source 26 sends visible light or if its light can be made visible in a simple manner, it can be used at the same time for display purposes, as is shown in FIG. 3. Thus, it is useful to show the user in the viewfinder image 48 designed by a viewfinder lens 7 'in which position the focusing element 3 a is or whether it is just being readjusted to the correct distance setting. For this purpose it is necessary to indicate the position of the mirror 28a corresponding to the position of the focusing member 3a, unaffected by the oscillating movement of the mirror 15.
Therefore, a partially transparent mirror 49 is provided in the beam path 27 of the light source 26, which separates a dash-dotted beam 50 from the light beam emitted by the light source 26, which is fed via the concave mirror 28a to a row 51 of light guide ends. The other ends of these light guides 52 are arranged so that their light is visible in the viewfinder image 48, where the end of each of the light guides 52 is assigned to a predetermined scale division. Although the light from the light source 26 could also be fed to other display devices by means of the mirror 49 in order to better utilize the light source 26, it is of course particularly advantageous if the distance set is to be displayed.
When the concave mirror 28a is pivoted about the axis 41, the light beam 50 accordingly travels along the row 51 and thus enters one of the light guides 52, from which it is fed to the associated graduation of the scale 53.
If the mirror of the movable optical system 11 is initially directed at an object infinitely distant, its optical axis 18 (FIG. 1) lies parallel to the optical axis 14 of the optical system 10. If the axis 18 is adjusted to closer objects, it rotates the mirror 15 counterclockwise (referring to FIG. 1) around its axis 16. To adjust the position of the focusing member 3, it must be moved to the image side when the object moves further away, or it must be adjusted to closer objects Object side are shifted, therefore perform a movement opposite to the movement of the mirror 15. In order to obtain this movement reversal, the lever 42 has two arms and accordingly acts as a mechanical inversion member.
Such a mechanical inversion member is therefore disadvantageous under certain circumstances because tolerance errors can again occur due to the play in the elongated hole 47, on the axis 41 and the pin 40. It is therefore advantageous to avoid such a mechanical inversion member, which can be done either according to FIG. 1 or advantageously also in the manner as described with reference to FIG. 4. The mirror 15 is mirrored on both sides, for example as a metal plate that is reflective on both sides. With one side of the mirror it guides the light entering along the optical axis 18 to the converter unit 20. On the back of the mirror 15, a lamp 26 ′ is arranged as a light source together with a small reflector 54 which emits the light beam 27.
As in the example according to FIG. 1, the mirror 28 is fastened directly to the mount tube 24 and carries out a longitudinal movement with it along the optical axis 5. To adjust the mounting tube 24, a threaded tube 55 is provided with a toothed ring 56 which meshes with a pinion 57 fastened to the motor shaft 44 of the motor 43.
On the one hand, this arrangement results in an inversion for optical reasons, because when the angle between the two branches of the optical axis 18 is reduced, the angle of reflection of the light beam 27 on the back of the mirror 15 increases, and thus a movement in the same direction as the focusing element 3 executes.
On the other hand, this arrangement ensures better that the light from the light source 26 ′ does not influence the light thrown from the mirror 15 onto the converter unit 20.
While in the embodiment according to FIG. 3 the carrier lever 36 was driven by the motor 39 in an oscillating motion, FIG. 4 shows that it is also possible to design a carrier lever 36 'by means of springs 58, 59 as a mechanical oscillating system so that the user After switching on the focusing device by means of the push button 30 (Fig. 1, 2) only this mechanical pivoting system 36 ', 58, 59 needs to be set in vibration by a light push on a button 60 detectable from the outside of the camera 1.
However, it is also possible for these vibrations of the lever 36 'to be transmitted via a stub shaft 16 to a piezoelectric element, from whose output signals the voltage supply device 32 (FIG. 2) is put into operation.
Although the use of such optical elements is advantageous because of the doubling of the angle of reflection by mirroring, the light source 26 and the receiving device 29 can also be connected directly to the respective optical systems 3 and 11 (FIG. 5), which results in a simplified structure. However, it must be taken into account that appropriate supply lines to the movable electrical components 26, 29 must be provided. For this reason alone, a fixed arrangement according to FIGS. 1, 3 and 4 can be preferred. In the absence of a corresponding inversion member, in an arrangement according to FIG. 5, the use of an internal focusing member 3 with the same focusing movement as the mirror 15 will result.
In order to avoid influencing the image created on the converter unit 20 by the movable optical system 11 by the light beam 27 emitted by the light source 26, this is again expediently selected from a wave range outside the visible spectrum, with the converter unit 20 optionally using a corresponding filter 61 (cf. also Fig. 1) is connected upstream.
A preferred embodiment of the circuit of the optical position transmitter 29 (FIG. 2) can be seen from FIG. 6A, FIG. 6B illustrating the signals occurring in this case. Instead of a single photocell 29 '(cf.
Fig. 3, 4) two adjacent photoelectric transducers 29a provided. Each of these converters is located in a branch of a voltage divider, the center taps of which form the inputs of a differential amplifier 62. At the output of the differential amplifier 62 there is a zero crossing detector 63, the most important component of which in the exemplary embodiment shown is an inverter 63b. The output signal B of this detector 63 is fed to an AND gate 64 which is controlled as a gate circuit by a comparison circuit 65 which, among other things, has an OR gate 65b and supplies an output signal C at its output.
Since even very small photoelectric converters have a certain minimum size, when the movable optical system 11 is pivoted with the mirror 15, an output signal at the photoelectric converter with relatively flat edges results as soon as the light beam passes over this converter. The size of this output signal is dependent both on random fluctuations in brightness at the light source and on the temperature. In addition, due to the necessary minimum size of the transducer surface, an output signal does not only appear when the light beam is in the center of the transducer, which in turn creates opportunities for tolerance errors.
Using the converter unit 29a according to FIG. 6A results in an output signal A according to FIG. 6B at the output of the differential amplifier 62 as soon as the light beam 27 from the light source 26 strikes the converter unit 29a. Before the light beam has reached the converter unit 29a, the output signal is zero. This is the case at the beginning and at the end of the signal A shown in FIG. 6B. However, a zero signal is also produced in the middle when both photoelectric converters of converter unit 29a are evenly illuminated.
It is therefore important to find this zero point in the middle. The zero point detector 63 is provided for this purpose, which in the illustrated embodiment can consist of a pulse shaper stage 63a and the downstream inverter 63b. In this way, square-wave pulses are first formed from signal A and then inverted, resulting in signal B. The signal processing described so far can, however, also take place differently, with the only important thing being that the zero crossing located in the middle is determined by means of the circuit 63.
Since, as mentioned, and can be seen from the signal A, before the light beam passes over the surface of the transducer unit 29a, there is also a zero signal, it is necessary to exclude this area from consideration. For this purpose, one input of a comparison device is connected to each of the two inputs of the differential amplifier 62 and determines whether a signal occurs at at least one output of the bridge formed by the voltage divider. Such a circuit is known from US Pat. No. 3,935,524, for example. It consists essentially of a differential amplifier with an OR gate connected to both outputs and a pulse shaper stage, the differential amplifier and pulse shaper stage being shown in the form of the symbol 65a and the OR gate 65b in FIG. 6A.
This results in the output signal C at the output of this circuit, the pulse of which begins only after the light beam 27 has hit the converter unit 29a and ends before the end of the signal A. This signal C controls the gate 64 and thus only lets through the middle of the three pulse peaks of the signal B in the form of the signal D, the pulse 33 of which is further processed in accordance with FIG.
How the signals 31, 33 are processed in the phase detector 34 has already been explained above with reference to FIG.
Accordingly, there is a positive or negative direct current signal at the output of the phase detector 34 if the signal 31 or 33 arrives earlier than the respective other signal, and a zero signal if both signals 31, 33 are exactly in phase. In Fig. 7, a circuit for controlling the motor 43 (Fig. 3, 4) is now shown, which is advantageously designed as a stepping motor. The signal coming from the phase detector 34 also occurs via an input terminal 66 (cf.
also Fig. 2) enters the circuit and first reaches a threshold switch 67. Since the signal emitted by the phase detector 34 is a direct current signal above or below zero, the switching threshold for the threshold switch 67 is selected at zero, so that a positive signal is the Threshold switch controls, whereas it remains closed with a negative or a zero signal. As already explained with reference to FIG. 2, the objective 2 is then focused on the sighted object when the two signals 31, 33 are exactly in phase, so that their phase difference is zero. The output signal of the phase detector 34 corresponds to this phase difference.
The threshold switch 67 controls a flip-flop 68 which, depending on the switching state of the threshold switch 67, assumes one or the other state and thus supplies an output signal to one of the two AND gates 69, 70 provided at its output. These gate circuits 69, 70 are thus controlled by the flip-flop 68, so that one of them allows pulses to pass through, which are fed to it by an oscillator 71. The outputs of the AND gates 69, 70 are connected to a stepper motor control 72, which controls the motor 43 in such a way that when the pulses from the oscillator 71 are received via the gate 69, however, when these pulses are received via the gate 70 rotates in the other direction.
This ensures that, depending on the direction of the deviation from the correct focus position or the direction of the phase difference of the two signals 31, 33, the motor 43 runs in the correct direction of rotation. Now it only has to be ensured that it also remains in the focused position of the objective 2. This takes place in that one input of a differential amplifier 73 is connected to terminal 66, the other input of which is connected to ground. Accordingly, the output signal of the phase detector 34 coming from the terminal 66 is compared with zero, so that a signal is only obtained at the output of the differential amplifier 73 when the output signal of the phase detector 34 deviates from zero.
Since the direction of this deviation is of no interest, both outputs of the differential amplifier 73 are connected to an OR gate 74, which in turn only sets the oscillator 71 into operation with its output signal if the input signal coming from terminal 66 deviates from Zero is given. Of course, the output signal of the OR gate 74 could also interrupt the signal at any other point in the circuit leading to the motor 43.
The control of the oscillator 71 itself, however, appears to be more advantageous.