DE1797575C3 - Focusing device. Eliminated from: 1422563 - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fokussiereinrichtung für optische Instrumente mit einem im Bildraum eines Fokussierlinsensystems angeordneten lichtelektrischen Wandler, dessen Widerstand bei Scharfeinstellung des Bilds auf der Wandleroberfläche einen Extremwert aufweist.The invention relates to a focusing device for optical instruments having an in image space a photoelectric converter arranged in a focusing lens system, its resistance when focusing of the image on the transducer surface has an extreme value.
Der Fotostrom nnes lichtelektrischen Wandlers nimmt bekanntlich mit zunehmender Beleuchtungsstärke / zu, was gleichbedsutend mit einer entsprechenden Abnahme des Wandler-Innenwiderstands R ist. Diese Beziehung kann ausgedrückt werden durch die allgemeine FormelAs is known, the photocurrent in the photoelectric converter increases with increasing illuminance /, which is equivalent to a corresponding decrease in the internal resistance R of the converter. This relationship can be expressed by the general formula
Hierin sind k und e Maierialkonstanten des jeweiligen Wandlers.Here, k and e are Maierial constants of the respective converter.
Dieser allgemeinen Beziehung gehorchen nicht nur Vakuumfotozellen, gasgefüllte Fotozellen, Sperrschichtfotozellen, sondern auch die als Halbleiterfotowiderstände bekannten fotoleitlahigen Zellen, z. B. CdS-Zellen.This general relationship is not only obeyed by vacuum photocells, gas-filled photocells, barrier photocells, but also the photoconductive cells known as semiconductor photoresistors, e.g. B. CdS cells.
Wird ein Objekt mit Hilfe eines abbildenden Linsensystems auf eine bestimmte Ebene abgebildet, so hat das entworfene Bild im Scharfeinstellungsfalle die geringsten Abmessungen, und es sind hierbei wesentliche Unterschiede in Beleuchtungsstärke und Helligkeitsverteilung gegenüber der unscharfen Abbildung desselben Objekts vorhanden. Man sollte daher erwarten, daß sich dieser Umstand in einer irgendwie gearteten Änderung des Wandler-Innenwidcrstands äußert.If an object is imaged on a certain plane with the aid of an imaging lens system, then has the designed image in the in-focus case has the smallest dimensions, and they are essential here Differences in illuminance and brightness distribution compared to the blurred image of the same object present. One should therefore expect this fact to turn into a somehow kind of change in the internal resistance of the converter.
Bei einer aus der deutschen Patentschrift 709 954 bekannten Fokussiereinrichtung der eingangs beschriebenen Art wird zu diesem Zweck das vom optischen System erzeugte Bild auf eine Fotozelle geworfen, die einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen dem Fotostrom und der Beleuchtungsstärke, also eine gekrümmte Kennlinie zeigt (<? nicht gleich 1), wodurch aus der Größe des Fotostroms dann auf den Schärfegrad des Bilds geschlossen und somit die Einstellung eines Systems ohne Betrachtung des Bilds erkannt werden kann. Als hierfür in Frage kommende Fotozellen-Typen mit gekrümmter Kennlinienform 0 kleiner als J) werden Sperrschichtfotozellen, gasgefüllte und Hochvakuumzellen genannt. Erstere zeigen gekrümrote Kennlinien, wenn sie an Außen-In a focusing device known from German patent specification 709 954 as described at the beginning For this purpose, the image generated by the optical system is thrown onto a photocell, which have a non-linear relationship between the photocurrent and the illuminance, thus shows a curved characteristic curve (<? not equal to 1), whereby from the size of the photo current then inferred the degree of sharpness of the image and thus the setting of a system can be recognized without looking at the image. As eligible for this Photocell types with a curved characteristic curve 0 smaller than J) become barrier photocells, gas-filled and called high vacuum cells. The former show curved characteristics when they are
widerstände angeschlossen sind, die etwa in Größenordnung des Innenwiderstands der Zelle oder darüber liegen. Auch die letzteren Zellen-Typen zeigen bei höheren Beleuchtungsstärken eine Sättigung des Fotostroms und somit eine Krümmung der Kennlinie.resistors are connected that are roughly in the order of magnitude of the internal resistance of the cell or above lie. The latter cell types also show saturation of the photocurrent at higher illuminance levels and thus a curvature of the characteristic.
ίο Hierbei wurde erkannt, daß die größte Stromänderung oder Änderung des Innenwiderstands beim Ul-ergang von unscharfer zu scharfer Einstellung dann eintritt, wenn die Fotozellenkennlinie für die mittlere Beleuchtungsstärke des Bilds die größte Krümmung besitzt, während andereiseits im linearen Kennlinienbereich (e = 1) überhaupt keine derartige Stromoder Innenwiderstandsänderung auftritt. Da aber die mittlere Helligkeit der einzelnen Bilder stark verschieden sein kann, ist damit zu rechnen, daß in vielen Fällen der Arbeitspunkt auf der Fotozellenkchtilinie in den linearen Bereich derselben fallen wird, mithin besondere Schaltungsmaßnahmen notwendig sind, um auch hier noch zu einer erwünschten Fotostromänderung beim übergang von unscharfer zu scharfer Einstellung zu kommen. Hierfür sind bei der bekannten Anordnung grundsätzlich zwei Wege vorgesehen, nämlich (1) künstliche Verzerrung der gesamten Kennlinie zum Erhalt eine:; gekrümmten Verlaufs mit Hilfe geeigneter Verzerrerschaltungen, die zwischen die Fotozelle und das Anzeigeorgan geschaltet werden, und (2) Vorsehen einer automatischen Regelung in dem Sinne, daß der Arbeitspunkt auf der Kennlinie stets von neuem in ein Gebiet der größten Kennlinienkrümmung verlegt wird.ίο Here it was recognized that the greatest change in current or change in internal resistance occurs when the Ul-ergang from unsharp to sharp setting occurs when the photocell characteristic curve for the mean illuminance of the image has the greatest curvature, while on the other hand in the linear characteristic range (e = 1) at all no such change in current or internal resistance occurs. However, since the average brightness of the individual images can be very different, it is to be expected that in many cases the working point on the photocell line will fall within the linear range of the same, so special circuit measures are necessary to achieve a desired change in the photocurrent transition from fuzzy to sharp setting. For this purpose, two ways are basically provided in the known arrangement, namely (1) artificial distortion of the entire characteristic curve to obtain one :; curved course with the help of suitable distortion circuits, which are connected between the photocell and the display element, and (2) provision of an automatic control in the sense that the operating point on the characteristic is always relocated anew in an area of the greatest curvature of the characteristic.
Diese Maßnahmen sind ersichtlich umständlich und führen darüber hinaus keineswegs immer zu einem großen, erfaßbaren Meßbereich im Sinne einer stark schwankenden, mittleren Helligkeit von Bild zu Bild. Betrachtet man beispielsweise eine vom NuIlpunkt an gleichmäßig gekrümmte Kennlinie, die schließlich in eine horizontal verlaufende Gerade (Sättigungsbereich) einbiegt, so können Biider oberhalb einer entsprechenden mittleren Helligkeit nicht mehr erfaßt werden. Will man diese Fälle trotzdem noch erfassen, so müßte durch eine entsprechende Kunstschaltung dafür gesorgt werden, daß der horizontal verlaufende Kennlinienast höher zu liegen kommt. Hierdurch verringert sich aber automatisch die Krümmung im nutzbaren Kennlinienbereich.These measures are obviously cumbersome and, moreover, by no means always lead to a large, detectable measuring range in the sense of a strongly fluctuating, average brightness of the image to picture. For example, if one considers a characteristic curve that is uniformly curved from the point of origin, the finally turns into a horizontally running straight line (saturation area), so images above a corresponding average brightness can no longer be detected. You want these cases anyway still grasp, an appropriate art circuit would have to ensure that the horizontal running characteristic curve branch comes to lie higher. However, this automatically reduces the curvature in the usable range of the characteristic curve.
was wiederum auf Kosten der Empfindlichkeit geht.which in turn comes at the expense of sensitivity.
Bei Sperrschichtfotozellen (Kupfer-Kupferoxydul-Zellen und Selen-Zellen) sind allgemein die Elektroden flächenhaft ausgebildet und schließen, wie ein Kondensator ein Dielektrikum, zwischen sich das Kupfer-In the case of barrier photocells (copper-copper oxide cells and selenium cells) the electrodes are generally flat and close like a capacitor a dielectric, between them the copper
s.s oxydul oder Selen ein, wobei eine der beiden Elektroden lichtdurchlässig ausgebildet ist. Das auf diese Elektrode einfallende Licht setzt in der darunterliegenden Schicht an einem betrachteten Aufpunki auf Grund des inneren Fotoeffekts Elektronen freis.s oxydul or selenium, one of the two electrodes is designed to be translucent. The light incident on this electrode sets in the one below Layer at a point under consideration releases electrons due to the internal photo effect
(>o deren Anzahl von der am Aufpunkt herrschender Beleuchtungsstärke abhängt. Bei dieser Art der Elek trodenanordnung werden daher stets nebeneinander liegende Oberflächenelemente elektrisch gesehen siel so verhalten, als ob ihre zugeordneten Widerstands(> o the number of which depends on the illuminance prevailing at the point of view. With this type of elec Electrode arrangement, therefore, surface elements lying next to one another are always seen from an electrical point of view behave as if their associated resistance
f'5 elemente parallel geschaltet sind. Entsprechende: gilt auch bei einer vakuum- oder gasgefüllten Foto zelle, bei der auf Grund des äußeren Fotoeffekts ai beleuchteten Teilen der Fotokathodenoberfläche Elekf'5 elements are connected in parallel. Appropriate: This also applies to a vacuum or gas-filled photo cell where, due to the external photo effect, ai illuminated parts of the photocathode surface Elek
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Irenen austreten und wegen der anstehenden Sauggnannung zur Anode überfuhrt werden. Auch hier addieren sich die von jedem betrachteten Teilslück der Kathodenoberfläche austretenden Teilströme, so daß im Effekt gleichfalls eine Parallelschaltung der einzelnen Flächenelemente vorliegt.Irene emerge and are transferred to the anode because of the pending suction. Here too if the partial currents exiting from each considered partial gap on the cathode surface add up, see above that in effect also a parallel connection of the individual surface elements is present.
Völlig anders sind dagegen die Verhältnisse bei denjenigen als Halbleiterfotowiderstand bekannten fptoleitfähigen Zellen, welche an zwei gegenüberliegenden Stirnkanten einer Fotohalbleiterschicht mit den erforderlichen Anschlußelektroden versehen sind. Der Einfachheit halber soll hierbei angenommen sein, daß diese Elektroden längs der ganzen Ausdehnung dieser Stirnkanten verlaufen. Wird nun beispielsweise die eine Hälfte des Fotowiderstands beleuchtet, so erhält man (gleichgültig, ob nun die Hell-Dunkel-Grenze scharf oder unscharf ist) eine elektrische Parallelschaltung der der dunklen oder der hellen Hälfte zugeordneten Teilwiderstände, wenn die Hell-Dunkel-Grenze senkrecht zu den Elektroden verläuft, aber eine Reihenschaltung derselben, wenn die Hell-Dunkel-Grenze parallel zu den Elektroden verläuft. In den Fällen, in denen die Hell-Dunkel-Grenze schräg verläuft, erhält man im Effekt eine Kombination aus parallel und in Reihe geschalteten Teilwiderständen. Es wurde versucht, die Fotozellen durch modernere Halbleiterfotowiderstände zu ersetzen. Ais vorteilhaft erwies es sich dabei, dad Halbleiterfotowiderstände von sich aus eine gekrümmte Widerstand-Beleuchtung-Kennlinie aufweisen. Es sind also keine Schaltungshilfsmittel oder Sättigungsbetrieb erforderlich, wie es bei der obengenannten deutschen Patentschrift der Fall ist.On the other hand, the conditions are completely different for those known as semiconductor photoresistors pptoconductive cells, which are attached to two opposite Front edges of a photo semiconductor layer are provided with the necessary connection electrodes. For the sake of simplicity, it should be assumed here that these electrodes are along the entire extension these front edges run. If, for example, one half of the photo resistor is now illuminated, then so one obtains (regardless of whether the cut-off line is sharp or fuzzy) an electrical one Parallel connection of the partial resistances assigned to the dark or the light half, if the cut-off line runs perpendicular to the electrodes, but a series connection of the same if the cut-off line runs parallel to the electrodes. In those cases in which the cut-off line is inclined runs, the effect is a combination of partial resistances connected in parallel and in series. Attempts have been made to replace the photocells with more modern semiconductor photoresistors. Ais beneficial It turned out that semiconductor photoresistors inherently have a curved resistance-lighting characteristic exhibit. So there are no circuit tools or saturation mode required, such as it is the case with the above-mentioned German patent specification.
Man hat jedoch herausgefunden, daß der Halbleiterfotowiderstand mit an zwei gegenüberliegenden Stirnkanten angeordneten Anschlußelektroden keine für die Scharfeinstellung definierbare Messung erlaubt. Denn der bei Scharfeinstellung meßbare Widerstand ist davon abhängig, ob die Hell-Dunkel-Grenze des zu messenden Objekts senkrecht, parallel oder schräg zu den Elektroden verläuft. Das heißt z. B., daß sich beim Schwenken der Kamera um die Objektivachse bei einem feststehenden Objekt der Widerstandswert bei Scharfeinstellung während des Schwenkens ändert oder daß bei bewegten Objekten keine definierte Messung möglich ist.However, it has been found that the semiconductor photoresistor has two opposite end edges arranged connection electrodes does not allow any measurement definable for focusing. This is because the resistance that can be measured when the focus is set depends on whether the cut-off line of the object to be measured is perpendicular, parallel or inclined to the electrodes. That means z. B. that when panning the camera around the lens axis for a stationary object, the resistance value changes when the focus is adjusted while panning or that there is no defined one for moving objects Measurement is possible.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Fokussiervorrichtung der eingangs beschriebenen Art verfügbar zu machen, die jederzeit eine definierte Messung der Scharfstellungsbedingung erlaubt.It is therefore the object of the invention to provide a focusing device of the type described at the outset to make, which allows a defined measurement of the focus condition at any time.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Wandler ein Halbleiterfotowiderstand vorgesehen ist, dessen Fotoleiterschicht durch Trennwände in eine Mehrzahl von Abschnitten aufgeteilt ist und daß die Trennwände in an sich bekannter Weise als Elektroden ausgebildet sind, wobei sich die Feststellung der Scharfeinstcllungsbedingung aus der Gesamtheit der Abschnittsausgangssignale ergibt.According to the invention, this object is achieved in that a semiconductor photoresistor is used as the converter is provided, the photoconductor layer divided by partitions into a plurality of sections is and that the partitions are designed in a known manner as electrodes, wherein the Finding the focus condition from the entirety of the section output signals.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ourch die Elektrodenanordnung eine Vielzahl von Abschnitten der Fotoleiterschicht parallel geschaltet wird, so daß das gesamte Halbleiterbauelement einen geringen Innenwiderstand aufweist. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, mit dem für die Fördervorrichtung verwendeten Halbleiterbauelement gleichzeitig eine Belichtungsmessung durchzurühren.An advantage of the invention is that ourch the Electrode arrangement a plurality of sections of the photoconductor layer is connected in parallel, so that the entire semiconductor component has a low internal resistance. This results in the Possibility of using the one for the conveyor Semiconductor component used to carry out an exposure measurement at the same time.
Aus Gleichung (1) ist ersichtlich, daß die sich ergebende Widerstandsänderung bei einer gegebenen Bcleuchtungistörkefnderung, also die Empfindlichkeit, um so größer sein wird, je größer der Wert e ist. Wie erwähnt, ist bei der bekannten Fokussiereinncbtung das Vorhandensein einer gekrümmten JCennlinienforra entsprechend e-Wert kleiner als I zwingendes Erfordernis. Nach der Erfindung kann auch der Kennlimenbereich, für den e > 1 ist, ausgenutzt werden. Es ist also nicht nur eine Vergrößerung des erfaßbaren Meßbereichs, sondern auch eine höhere Empfindlichkeit mit der erfindungsgemäßen Anordnung erreichbar. From equation (1) it can be seen that the resulting change in resistance for a given change in the light intensity, i.e. the sensitivity, will be greater the greater the value e . As mentioned, in the known focusing arrangement, the presence of a curved characteristic curve shape corresponding to e-value is less than the mandatory requirement. According to the invention, the characteristic limit range for which e> 1 can also be used. It is therefore not only possible to enlarge the detectable measuring range, but also to achieve a higher sensitivity with the arrangement according to the invention.
F i g. 1 zeigt eine scheraatische Darstellung einer Fokussiereinrichtung, wobei die HeU-Dunkel-Grenze des Objekts vertikal verläuft,F i g. 1 shows a scheraatic representation of a Focusing device, the HeU-dark border of the object running vertically,
Fig. 2 die Fokussiereinrichtung nach Fig. 1, wobei die Hell-Dunkel-Grenze des Objekts jedoch horizontal verläuft,FIG. 2 shows the focusing device according to FIG. 1, the light-dark boundary of the object, however, running horizontally.
F i g. 3 und 4 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Fotowiderstands mit parallel bzw. senkrecht zu den als Elektroden ausgebildeten Trennwänden verlaufenden Hell-Dunkel-Grenzen,F i g. 3 and 4 an embodiment according to the invention a photo resistor with parallel or perpendicular to the partition walls designed as electrodes running light-dark borders,
F i g. 5 und 6 Beleuchtunp^stärkeverteilungskurven in der Bildebene der EinricV,ung nach Fig. 1 bei scharfer bzw. unscharfer Abbildur g und is F i g. 7 eine schematische Darstellung einer Anzeigeschaltung mit einem Halbleiterfotowiderstand.F i g. 5 and 6 lighting intensity distribution curves in the image plane of the arrangement according to FIG sharp or unsharp image and is F i g. 7 is a schematic representation of a display circuit with a semiconductor photo resistor.
Gemäß F i g. 1 ist eine Objektivlinse 1 in beiden Richtungen längs der optischen Achse verschiebbar angeordnet. In ihrer Brennebene 2 liegt ein Fotowiderstand 3. Weiterhin sind eine elektrische Stromquelle 4 und ein im Stromkreis 5 liegendes Galvanometer 6 vorgesehen.According to FIG. 1, an objective lens 1 is displaceable in both directions along the optical axis arranged. A photoresistor 3 is located in its focal plane 2. There is also an electrical power source 4 and a galvanometer 6 located in the circuit 5 is provided.
Für die Erläuterung wird angenommen, daß der abzubildende Gegenstand P aus einer hellen und einer dunklen ^n F i g. 1 schraffiert dargestellten) Hälfte besteht und daß die Hell-Dunkel-Grenze ρ die optische Achse schneidet. Der Gegenstand P mit seiner Hell-Dunkel-Grenze ρ wird auf den Fotowiderstand 3 als Bild P' mit entsprechender Heü-Dunkel-Grenze p' abgebildet. Die Verteilung der Beleuchtungsstärke in der Bildebene wird also im Scharfeimtellungsfalle eine ausgeprägte Stufe aufweisen (Kurve C in F i g. 5). während bei unscharfer Abbildung ein allmählicher tibergang vorhanden sein wird (Kurve C in Fig. 6). 4s In Fig. 2 ist die gleiche Anordnung wie in F i g. 1 dargestellt. Während in F i g. 1 die Hell-Dunkel-Grenze vertikal und damit parallel zu den Elektroden des Fotowiderstands 3 verläuft, liegt sie in Fig. 2 horizontal und damit senkrecht zu den Elektroden so des Fotowiderstands. Im allgemeinen ist der Teilwiderstand im dunklen Bereich des Fotowidcrslands ein Vielfaches des Teilwiderstands im hellen Bereich des Fotowiderstands. Im Fall der F i g. 1 sind der hohe Dunkel-Hell-Widerstand und der niedrige Hell-Tcil- ^ widerstand hintereinandergescha'.let, so daß der Gesamlwiderstand des Fotowiderstand im wesentlichen durch den Dunkelwiderstand gebildet wird. Da im Fall der Fig. 2 Dunkel- und Heli-Teilwiderstand parallel zueinander geschaltet sind, wird der Gcsamti.o widerstand des Fotowiderstands im wesentlichen durch den niedrigen Hell-Teilwiderstand gebildet. Bei gleichbleibendem Helligkeitsunietschied zwischen dunklem und heilem Bereich ist der Gesamtwiderstand des Fotowiderstand* 3 und damit der Meßwert am Meßgerät 6.je nachdem, ob die Hell-Dunkel-Grenze horizontal oder vertikal verläuft, vollständig verschieden. Wird die Kamera bei feststehendem Objekt um ihre Objektivachse gedreht, ändert sich der für dieFor the purpose of explanation, it is assumed that the object P to be imaged is composed of a light and a dark FIG. 1 shown hatched) and that the light-dark boundary ρ intersects the optical axis. The object P with its light-dark boundary ρ is imaged on the photoresistor 3 as an image P 'with a corresponding hay-dark boundary p'. The distribution of the illuminance in the image plane will therefore have a pronounced step in the case of sharpness (curve C in FIG. 5). while in the case of a blurred image there will be a gradual transition (curve C in FIG. 6). 4s In Fig. 2 is the same arrangement as in Fig. 1 shown. While in FIG. 1 the light-dark boundary runs vertically and thus parallel to the electrodes of the photoresistor 3, in FIG. 2 it is horizontal and thus perpendicular to the electrodes of the photoresistor. In general, the partial resistance in the dark area of the photo resistor is a multiple of the partial resistance in the light area of the photo resistor. In the case of FIG. 1 the high dark-light resistance and the low light-part resistance are arranged one behind the other, so that the total resistance of the photoresistor is essentially formed by the dark resistance. Since in the case of Fig. 2 dark and helicopter partial resistance are connected in parallel to each other, the Gcsamti.o resistance of the photoresistor is essentially formed by the low light partial resistance. If the difference in brightness between the dark and the healthy area remains the same, the total resistance of the photoresistor * 3 and thus the measured value on the measuring device 6, depending on whether the light-dark border runs horizontally or vertically, is completely different. If the camera is rotated around its lens axis while the object is stationary, that for the changes
Entfernungseinstellung auszuwertende Meßwert. Das gleiche gilt für ein sich entsprechend bewegendes Objekt. Es ist deshalb keine eindeutige Messung zum Zweck der Entfernungseinstellung möglich.Distance setting measured value to be evaluated. The same goes for a moving one Object. It is therefore not possible to make a clear measurement for the purpose of setting the distance.
Durch die vorliegende Erfindung wird erreicht, daß. unabhängig davon, ob die Hell-Dunkel-Grenze waagerecht oder senkrecht verläuft, immer eine Parallelschaltung von Dunkel- und Hell-Teilwiderständen auftritt. An Hand der Fi g. 3 und 4 läßt sich nachweisen, daß ein Fotowiderstand, der durch Trennwände in eine Mehrzahl von Abschnitten unterteilt ist, einen von der Lage der Hell-Dunkel-Grenze praktisch unabhängigen Meßwert zeigt.The present invention achieves that. regardless of whether the cut-off line is horizontal or runs vertically, always a parallel connection of dark and light partial resistances occurs. On the basis of Fi g. 3 and 4 can be demonstrated that a photoresistor divided into a plurality of sections by partitions shows a measured value that is practically independent of the position of the cut-off line.
Da das zu fotografierende Objekt im allgemeinen in die Bildmitte gesetzt wird, ist es vernünftig, für die Berechnung anzunehmen, daß die Hell-Dunkel-Grenze jeweils praktisch in der Mitte des Fotowiderstands liegt. In Fig. 3 ist angenommen, daß diese Grenze parallel zu den als Elektroden ausgebildeten Trennwänden verläuft, während sie in F i g. 4 senkrecht zu den Trennwänden liegt. Schräg verlaufende HeIl-Dunkel-Grenzen können als Kombination dieser beiden Fälle aufgefaßt werden.Since the object to be photographed is generally placed in the center of the image, it is reasonable for the Calculation assume that the cut-off line is practically in the middle of the photo resistor located. In Fig. 3 it is assumed that this boundary is parallel to the partition walls designed as electrodes runs, while in F i g. 4 is perpendicular to the partitions. Inclined helical-dark borders can be seen as a combination of these two cases.
Zunächst sei der Fall nach F i g. 3 betrachtet. Man kann die Widerstandsschicht zwischen zwei Trennwänden ersatzweise als einen Widerstand darstellen, der je nachdem, ob er sich in der Dunkel- oder in der Heil-Zone befindet, den Widerstandswert D bzw. H haben soll. Nimmt man η Widerstandsstrecken zwischen je einem Elektrodenpaar an. so giltFirst, let the case according to FIG. 3 considered. The resistance layer between two partition walls can alternatively be represented as a resistance which, depending on whether it is in the dark or in the healing zone, should have the resistance value D or H. Assuming η resistance paths between each pair of electrodes. so applies
D H
— parallel DH
- parallel
n_- 1 n_- 1
parallel -^ D + -i H . (1)parallel - ^ D + -i H. (1)
woraus sich folgender Gesamtwiderstand ergibt:from which the following total resistance results:
R = 2- D H[D + H) R = 2- DH [D + H)
s" (1 + n)-(D2 + H2 + D- H) · ( s " (1 + n) - (D 2 + H 2 + D- H) · (
2D2D
parallelparallel
2H2H
(III)(III)
woraus sich folgender Gesamtwiderstand ergibt:from which the following total resistance results:
2HD
π (H + D) ' 2HD
π (H + D) '
(IV)(IV)
dann, wenn man einen Dunkelwidcrstand annimmt, der nur lOmal so groß wie der Hellwiderstand ist. beträgt dieser Unterschied nur maximal 7%. Diese Meßwertabweichungen liegen jedoch innerhalb der ι Ablesegenauigkeit bei den für Kameras üblicherweise verwendeten Galvanometern. Außerdem wird diese Meßwertabweichung nur eine solche Fehleinstellung des Objektivs bewirken, daß der abzubildende Gegenstand noch im Tiefenschärfenbereich liegt. Ist derthen, if one assumes a dark resistance, which is only 10 times as great as the light resistance. this difference is only a maximum of 7%. However, these measured value deviations are within the ι Reading accuracy with the galvanometers commonly used for cameras. Also this will Measured value deviation only cause such a misalignment of the lens that the object to be imaged is still in the depth of field. Is the
ίο Tiefenschärfenbereich des verwendeten Objektivs sehr klein, kann durch Erhöhung von η die Meßwertabweichung verringert werden. So ergibt sich beispielsweise bei 50 Widerstandsstrecken zwischen je 2 Elektroden bei einem Dunkelwiderstand, der lOOmalίο The depth of field of the lens used is very small, the measured value deviation can be reduced by increasing η. For example, with 50 resistance paths between 2 electrodes each with a dark resistance, the result is 100 times
is größer als der Hellwiderstand ist, eine Meßwertabweichung von weniger als 2%.is greater than the light resistance, a measured value deviation less than 2%.
In den Diagrammen nach F i g. 5 und 6 ist die Beleuchtungsstärkeverteilung C bzw. C, die sich bei scharfer bzw. unscharfer Abbildung in der Bildebene für das betrachtete Beispiel ergibt, mit der Beleuchtungsstärke / als Ordinate aufgetragen. Aus Symmetriegründen ist dabei die Ordinate (x = O) des benutzten Koordinatensystems in die Hell-Dunkel-Grenze p' verlegt. Die Beleuchtungsstärke des dunklen TeilsIn the diagrams according to FIG. 5 and 6, the illuminance distribution C or C, which results in the case of a sharp or unsharp image in the image plane for the example under consideration, is plotted with the illuminance / as the ordinate. For reasons of symmetry, the ordinate (x = O) of the coordinate system used is relocated to the light-dark boundary p '. The illuminance of the dark part
2s der BildPäche sei mit /d, die des hellen Teils mit lb und das Verhältnis von dieser zu jener mit m bezeichnet; es gilt also2s of the image area is denoted by / d , that of the bright part is denoted by l b and the ratio of this to that is denoted by m; so it applies
Für den Fall der F i g. 4. daß die Hell-Dunkel-Grenze vertikal und in der Mitte der Photowiderstandsfläche verläuft, ergibt sich pro Widerslandsstrecke eine Parallelschaltung eines Dunkel- und eines Heil-Widerstandes. Hier gilt nunIn the case of FIG. 4. that the cut-off line is vertical and in the center of the photoresist surface runs, there is a parallel connection of a dark and of a healing resistance. Now applies here
Für das folgende Berechnungsbeispiel wird η als 19 angenommen, d. h. 19 Widerstandsstrecken zwischen je einem Elektrodenpaar. Nimmt man an, daß der Dunkelwiderstand D lOOmal so groß wie der Hellwiderstand H ist, so ergibt sich im Fall der F i g. 3 ein Gesamtwiderstand von 0,099 H, im Fall der F i g. 4 ein Gesamtwiderstand von 0,104 H. Je nachdem, ob die Hell-Dunkel-Grenze parallel oder senkrecht zu den Trennwänden verläuft, beträgt der Unterschied des Gesamtwiderstands also maximal 4,8%. Selbst lh = ml.: mit m > 1For the following calculation example, η is assumed to be 19, ie 19 resistance paths between each pair of electrodes. If one assumes that the dark resistance D is 100 times as great as the light resistance H, then in the case of FIG. 3 a total resistance of 0.099 H, in the case of FIG. 4 a total resistance of 0.104 H. Depending on whether the cut-off line runs parallel or perpendicular to the partition walls, the difference in the total resistance is a maximum of 4.8%. Even l h = ml .: with m> 1
Nimmt man unter Zugrundelegung der F i g. 5 und 6 an, daß die Beleuchtungsstärke / an außerhalb des Koordinatenursprungs bei χ und — χ liegenden Stellen /(x) und /( — x) ist, ergibt sich für den Fall der F i g. 3If one takes on the basis of FIG. 5 and 6 indicate that the illuminance / on is outside the Origin of coordinates at χ and - χ points / (x) and / (- x) results for the case of FIG. 3
K-x) = U Kx) = U
und für F ig. 6and for Fig. 6th
I(x) = lh - hld oder wegen (2) = /d(m - /i) I (x) = l h - hl d or because of (2) = / d (m - / i)
mit der aus F i g. 6 ersichtlichen Bedeutung für Jj.with the one from FIG. 6 apparent meaning for Jj.
Es sei der in F i g. 7 dargestellte Fall betrachtet, bei dem die Hell-Dunkel-Grenze p' des Bilds auf Jer fotoleitfähigen Zelle parallel zur Richtung des im Halbleiterkörper s fließenden Stroms Hegt. Der Gesamtwiderstand des Fotowiderstands ist hier also eine Parallelschaltung von Einzelwiderständen r vielei aufeinanderfolgender kleiner Sireifenelemente. die zwischen den beiden Elektroden liegend angenommer werden.Let it be in FIG. 7 is considered, in which the light-dark boundary p 'of the image on Jer photoconductive cell lies parallel to the direction of the current flowing in the semiconductor body s. The total resistance of the photoresistor is thus a parallel connection of individual resistors r many successive small tire elements. which are accepted lying between the two electrodes.
Betrachtet man die Widerstandselemente r an dei Stellen χ und — χ als Einheit, d.h. als Parallelschaltun! und bezeichnet man den Summenwiderstand derselbe! bei scharfer Einstellung mit r(—x, x) und den b< unscharfer Einstellung mit r'( —x, x), so ergeben sieIf one considers the resistance elements r at the points χ and - χ as a unit, i.e. as a parallel connection! and if the total resistance is called the same! with sharp focus with r (—x, x) and the b < fuzzy setting with r '(-x, x), they result
f>o für diese Größen aus den Gleichungen (1) bis (^ nach einiger Zwischenrechnung die Ausdrückef> o for these quantities from equations (1) to (^ after some intermediate calculation the expressions
r(-x, x)r (-x, x)
(i)(i)
(1 + me) (1 + m e )
(5 a)(5 a)
I ] I und für unscharfe EinstellungI] I and for fuzzy setting
r'(-x.x) / k \ ( k r '(- xx) / k \ (k
((/,,- /ι/J1 j KiI1, - hl J') ((/ ,, - / ι / J 1 j KiI 1 , - hl J ')
R' ~ χ ?(-x. ν) R '~ χ ? (- x. Ν)
- '''ΠΙ + /if + ('» - Ί)'Ί (5b) Aus c'cn Gleichungen (9) und (K)) folgt, daß das- '''ΠΙ + / if + (' »- Ί) 'Ί (5b) From c ' cn equations (9) and (K)) it follows that the
ic Vorzeichen der Größeic sign of magnitude
IOIO
Zur Berechnung der Widerstandsänderung I bei
einem Ubergangvon unscharfer zu scharfer Einstellung
sind die Gleichungen (5 a) und (5 b) zu subtrahieren:To calculate the change in resistance I.
a transition from a blurred to a sharp setting
the equations (5 a) and (5 b) are to be subtracted:
durch das Vorzeichen von I bestimmt ist. Das Vor-15 zeichen von I hängt aber von der Größe e ab. wieis determined by the sign of I. The sign of I depends on the quantity e . how
I _ .! J (61 dies durch die Formel (8) bestimmt ist. Man hat alsoI _.! J (61 this is determined by the formula (8). So one has
r'(-x. x) r(~x. .ν) drei Fälle zu unterscheiden:r '(- x. x) r (~ x. .ν) differentiate between three cases:
0(jer a) Für e > 1 vvird I < O: also wird -^r < --^-. (12) 0 ( j er a) For e> 1 v becomes I <O: thus becomes - ^ r <- ^ -. (12)
1*1* 1010 1 11 1
\ - JJL [_{\ + /,)<· + (»ι - /i)1' - (1 + m'')] . (7) b) Für e = 1 wird I = 0: also wird -^r = --^-. (13) \ - JJL [_ {\ + /,) <· + (»ι - / i) 1 '- (1 + m'')]. (7) b) For e = 1 we get I = 0: so we get - ^ r = - ^ -. (13)
, . c) Füre < 1 wird I > 0; also wird -57 > -^- · (14) Man kann zeigen, daß das Vorzeichen von I durch « «,. c) For <1 becomes I> 0; so becomes -57> - ^ - · (14) One can show that the sign of I is given by ««
die Größe 25 Es folgt deshalb, daß der elektrische Strom in derthe size 25 It therefore follows that the electric current in the
fotoleitfähigen Zelle im Scharfeinstellungsfalle einphotoconductive cell in the focus trap
(1 - m1""1) (8) Maximum ist. wenn e > 1 ist, daß er vom Scharfeinstellungsgrad unabhängig ist, wenn e = 1 ist. und bestimmt ist. daß er 'm Scharfeinstellungsfalle ein Minimum ist(1 - m 1 "" 1 ) (8) is maximum. if e> 1, that it is independent of the degree of focus if e = 1. and is determined. d a ß he 'm-focus case, a minimum is
Beim betrachteten Beispiel nach F i g. 7 ergibt sich 30 wenn e < 1 ist.In the example under consideration according to FIG. 7 results in 30 if e < 1.
deshalb für den Gesamtwidersland im Scharfein- Bei üblichen Fotowiderständen liegt e zwischen (therefore in sharp focus for the entire contradiction- With common photo resistors, e lies between (
Stellungsfalle ur>d 1 - Andererseits ist daraufhinzuweisen, daß ZellerPositional trap ur> d 1 - On the other hand, it must be pointed out that Zeller
mit e > 1 im Hinblick auf die mit e zunehmendiwith e> 1 with respect to the increasing with e i
J ,m Empfindlichkeit höchst wünschenswert sind. Die GröJ, m sensitivity are highly desirable. The size
r( —x. x) 35 ße e sollte wesentlich ungleich 1 gemacht werden.r (—x. x) 35 ße e should be made significantly different from 1.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |