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Selbstfokussiervorrichtung für optische Geräte, insbesondere Stehbildproj
ektoren Die Erfindung betrifft eine Selbstfokussiervorrichtung fUr optische Geräte,
insbesondere Stehbildprojektoren. Solche Vorrichtungen dienen dem Zweck, eine optimale
SchXrfeneinstellung eines mittels einer Abbildungsoptik in einer Bildebene entworfenen
Objektes aufrechtzuerhalten, falls die Optik, die Bildebene oder das abzubildende
Objekt unerwUnschte Eigenbewegungen vollziehen oder ihre Sollage verlassen sollten.
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Bei in Stehbildprojektoren verwendeten derartigen Vorrichtungen wurde
überwiegend von einem Prinzip Gebrauch gemacht, das eine Meßlichtquelle, einen lichtelektrischen
Wandler als Meßlichtempfänger, einen diesem nachgeschalteten Verstärker und einen
aus diesem gespeisten drehrichtungsumkehrbaren Motor benutzt, wobei der von der
Meßlichtquelle ausgesandte Meßlichtstrahl von einem in der Projektor-Bildbtihne
befindlichen Diapositiv zum Meßlichtempfänger hin reflektiert wird und auftretende
Lageabweichungen des Meßlichtstrahlenbündels auf demselben bestimmend sind fUr die
durch den Motor bewirkte RAck£dhrung einer der zur Bjldschärfeneinstellung vorgesehenen
vorgenannten Komponenten in ihre Sollage. (DT-AS 1 127 617).
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Nachteilig bei diesem bekannten Prinzip ist Jedoch der Umstand, daß
im dabei verwendeten Regelkreis infolge der Massenträgheit des Motors, möglichen
Getriebespiels, sowie der Trägheit des als Meßlichtempfänger benutzten Photowiderstandes
bzw. Doppelphotowiderstandes PEasenverschiebungen auftreten, welche die Regelanordnung
bei ausreichender Regelverstärkung zu unerwünschten Schwingungen anregen, die zur
Folge haben, daß durch andauernde Vor- und Rflckwärtsdrehungen des Motors um den
Regelabgieichpunkt Bildschärfenänderungen und somit Störungen der Bildwiedergabe
entstehen.
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Diesen Mängeln wurde dadurch abzuhelfen versucht, daß man die Regelverstärkung
verminderte und durch Anwendung von Zeitgliedern und höheren Getriebeuntersetzungen
die Grenzfrequenz der Anordnung herabdrückte. Das Ergebnis solcher Maßnahmen waren
allerdings ein sehr langsam erfolgender Abgleich und eine verringerte Stellgenauigkeit,
wiederum also Erscheinungen, die vom Betrachter der Bildwiedergabe als Störungen
wahrgenommen wurden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu beheben.
Die Lösung der Aufgabe ist dem Anspruch 1 zu entnehmen.
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Die anhang der nachfolgenden Beschreibung, in Bezug auf ein bei einer
Stehbildprojektor anwendbaren Ausführungsbeispiel erläuterte Zeichnung zeigt in
Fig. t eine Prinzip-Schaltung der erfindungsgemäßen Selbstfokussiervorri chtung,
Fig. 2 die graphische Darstellung verschiedener Regeldämpfungs-Charakteristika,
die durch Vornahme geeigneter Einstellungen in einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 erzielbar
sind,
Fig. 3 ein vollständiges Schaltungsbeispiel einer Regelschaltung
gemäß Fig. 1, Fig. 4 eine weitere Prinzip-Schaltung mit einer einzigen Spannungsquelle.
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Die Fig, 1 zeigt das Prinzip des Regelkreises; auf die Darstellung
der Meßlichtquelle, sowie deren Anordnung im Zusammenhang mit weiteren Elementen
eines Stehbildprojektors, einschließlich des scharf zu stellenden Diapositivs kann
aus Gründen der Bekanntheit dieser Teile und ihres Zusammenwirkens verzichtet werden.
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Die Meßlichtempfänger 1 und 2, bei welchen es sich um lichtelek trische
Wandler, beispielsweise Photowiderstände handelt, die auch zu einem sogenannten
Doppel-Photowiderstand zusammengefaßt sein können, liegen mit einem gemeinsamen
Anschluß am Eingang 3 eines Verstärkers 5. Im Ruhezustand des Regelkreises, d.h.
bei scharfgestelltem Diapositiv fällt das Meßlicht zu gleichen Anteilen auf die
Meßlichtempfänger 1 und 2 und an den beiden Eingängen 6 und 7 des Differenzverstärkers
8 liegen Spannungen gleicher Höhe, so daß dessen Ausgang 9 null Volt an den invertierenden
Eingang 4 des Verstärkers 5 liefert. Da bei gleich starker Beleuchtung der Meßlichtempfänger
deren Widerstände ebenfalls gleich groß sind, erhält auch der Eingang 3 des Verstärkere
5 null Volt, so daß sein Ausgang wiederum nur null Volt abgeben kann und die Schaltung
somit abgeglichen ist.
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Zwischen dem Ausgang 10 des Verstärkers 5 und dem Masseanschluß O
der Einrichtung ist eine aus dem drehrichtungsumkehrbaren Gleichstrommotor 11, sowie
den Widerständen 12, 13, 14 bestehen de Brückenschaltung angeordnet, deren Brückendiagonale
an den Eingängen 6, 7 des Differenzverstärkers 8 liegt. Die Brückenschaltung
ist
derart dimensioniert, daß dem Innenwiderstand des Motors 11 der Widerstand 12 und
dem Widerstand 13 der Widerstand 14 gleichkommen und die Widerstandswerte die Bedingungen
der Formel erfüllen: 11 = R 11 = R12 R14 Tritt nun im Betriebszustand des Projektors
infolge der örtlichen Verlagerung des abzubildenden Objekts, im vorliegenden Falle
beispielsweise eine durch thermische Einwirkung erfolgende Durchbiegung eines glas
los gefaßten Diapositivs in Richtung der optischen Achse des Gerätes auf, so verlagert
sich naturgemäß auch der über die reflektierende Oberfläche des Objekts zu den Meßlichtempfängern
1, 2 gerichtete Meßlichtstrahl, demzufolge die Widerstandswerte der Empfänger ungleich
werden, so daß am Ausgang 10 des Verstärkers 5 und mithin an der Brückenschaltung
11 bis 14 eine Spannung entsteht. Bei noch im Stillstand befindlichem Motor 11 ist
die Brückenschaltung abgeglichen und an den Eingängen 6, 7 des Differenzverstärkers
8 liegen gleiche Spannungen. Sein Ausgang 9 liefert daher noch immer null Volt und
der Verstärker weist maximale Verstärkung auf.
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Sobald jedoch der Motor 11 angelaufen ist, erzeugt er eine Gegenspannung,
die die Brückenschaltung aus dem Gleichgewicht bringt, wodurch an die Eingänge 6,
7 des Verstärkers 8 unterschiedliche Spannungen gelangen. Der Differenzverstärker
8 ist derart gepolt, daß durch seine Ausgangsspannung der Verstärker 5 gegengekoppelt
wird. Diese Gegenkoppelung setzt jedoch nur in dem Falle ein, wo die Ausgangsspannung
des Differenzverstärkers 8 die Eingangsspannung am Eingang 3 des Verstärkers 5 übersteigt.
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Die Verstärkung und somit die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers
8 sind in ihrer Größe einstellbar; infolgedessen kann derjenige Eingangsspannungsbereich
des Verstärkers 5, in
dem die Gegenkoppelung wirksam sein soll,
nach Wunsch gewählt werden. Durch diese Vorkehrung lassen sich nach Belieben entweder
eine schwächere oder stärkere Dämpfung des Motors 11, oder eine aperiodische Dämpfung
oder ein geringfügiges Uberschwingen in der Sollage herbeiführen. Die verschiedenen
möglichen Dämpfungsarten zeigt der Kurvenverlauf in Fig. 2,- wobei jeweils die Kurve
A ein schwaches, die Kurve B ein starkes, die Kurve C ein aperiodisches Dämpfungsverhalten
und die Kurve D ein leichtes Überschwingen der Anordnung aufzeigt.
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Da der Verstärker 5 eine beliebig hohe Verstärkung aufweisen kann,
hängt die Stellgenauigkeit der Anordnung lediglich von den geometrischen Abmessungen
der wirksamen Fläche der Meßlichtempfänger sowie der räumlichen Ausdehnung des Meßlichtstrahls
ab. Mit der Anordnung lassen sich Stellgenauigkeiten von weniger als einem Hundertstel
Millimeter erreichen. Die Einstellzeit selbst wird dann nur noch vom Untersetzungsverhältnis
des zwischen dem Motor 11 und dem einzustellenden Teil angeordneten Getriebes und
der Motordrehzahl bestimmt.
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Die Fig. 3 schließlich zeigt ein vollständiges Schaltungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Regelschaltung, bezogen auf einen Stehbildprojektor. Es sind
die bereits aus Fig. 1 bekannten Positionsnummern verwendet. Da die Wirkungsweise
der gezeigten Schaltung identisch mit der bereits vorstehend mit Bezug auf die Fig.
1 erläuterten Anordnung ist, kann auf eine Wiederholung der Beschreibung verzichtet
werden. Neu hinzugekommen sind in diesem Schaltbild einige nicht näher bezeichnete
Schaltelemente, deren Wahl von konstruktiven Bedingungen bestimmt ist und die daher
keiner näheren Erörterung bedürfen. Zusätzlich ist ein Umschalter 15 vorgesehen,
mit Hilfe dessen es möglich ist, die Selbstfokussiervorrichtung wirkungslos zu machen,
so daß der Motor 11 mittels einer an die Eingänge 16, 16a anschließbaren
an
sich bekannten Fokussier-Fernbedienung nach Belieben des Benutzers in die eine oder
andere Drehrichtung gesteuert werden kann, um derart die gewünschte Schärfeneinstellung
zu bewirken.
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Die Schaltung nach Fig. 3 verwendet zur Stromversorgung je eine gleich
große positive und negative Spannungsquelle mit jeweils möglichst geringem Innenwiderstand,
damit keine zusätzliche Gegenkopplung hervorgerufen wird. Meist stehen jedoch zwei
getrennte Spannungsquellen nicht zur Verfügung, oder es erfordert deren Bereitstellung
einen hohen Aufwand.
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In Figur 4 sind deshalb die beiden Spannungsquellen durch einen Spannungsteiler
aus den Widerständen 17 und 18 ersetzt. Naturgemäß würde ein Verbinden der Klemme
0 nach der in Fig. 3 gezeigten Schaltungsart mit dem Spannungsteiler 17, 18 durch
des sen Innenwiderstand eine starke Gegenkopplung im gesamten Regelkreis erzeugt
und dadurch die Stellgenauigkeit der Vorrichtung vermindert. Aus diesem Grund ist
am Eingang 7 des Verstärkers. 8 ein weiterer, aus den Widerständen 19 und 20 gebildeter
Spannnungsteiler vorgesehen, dessen Belastung derart gering ist, daß sich sein Innenwiderstand
nicht nachteilig auswirkt. Auf diese Weise bleiben die am Spannungsteiler 17, 18
durch den Motorstrom hervorgerufenen Spannungsänderungen ohne störende Auswirkung.«
Es sei festgestellt, daß sich die beschriebene Vorrichtung nicht nur für die Anwendung
in Stehbildprojektoren eignet, sondern mit gleichem Erfolg auch bei Laufbildprojektoren
und Betrachtungsapparaten, Lesegeräten und dergleichen verwendbar ist.
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Abschließend wäre zu bemerken, daß die aktiven Elemente der Schaltung
sowohl aus einzelnen Halbleitern gebildet sein können, diese aber andererseits auch
zu integrierten Operationsverstrkern zusammengefåßt sein gens