DE4419550A1 - Kamera mit selbsttätiger Lichtmengenregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kamera, insbesondere Videokame­ ra, bestehend aus einem Objektiv, zumindest einem Sensorele­ ment mit lichtempfindlicher Schicht in der Bildebene des Objektivs und einer Einrichtung zur Regelung der auf die lichtempfindliche Schicht auftreffenden Lichtmenge.

Bei herkömmlichen Videokameras erfolgt die Steuerung der auf die lichtempfindliche Schicht auftreffenden Lichtmenge in der Regel durch eine Belichtungszeitsteuerung (Shutter-Steue­ rung) und eine Blendenregelung. Durch die Kopplung dieser beiden Regelsysteme ist erreichbar, daß die Kamera über einen großen Bereich von unterschiedlichen Lichtverhältnis­ sen, beispielsweise sowohl bei Dämmerung als auch bei vollem Sonnenschein, einsetzbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kamera mit einer einfach aufgebauten und kostengünstig herstellbaren Einrichtung zur Lichtmengenregelung zu schaffen. Insbesondere ist ange­ strebt, daß bei dieser Einrichtung eine Blendenregelung, wie sie bei herkömmlichen Kameras erforderlich ist, entweder entfallen kann oder zumindest nur noch in vereinfachter und somit kostengünstiger Ausführung benötigt wird.

Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, daß die Einrichtung zur Regelung der Lichtmenge wenigstens ein phototropes Glas umfaßt, das zumindest in einen Teil des Strahlengangs zwi­ schen Gesichtsfeld und Bildebene des Objektivs eingesetzt ist.

Phototrope Gläser zeigen bei Belichtung eine geringere Licht­ durchlässigkeit als im unbelichteten Zustand und werden auf­ grund dieser Eigenschaft bereits als Gläser für Sonnenbril­ len verwendet, die sich automatisch den Umgebungslichtver­ hältnissen anpassen. Die Erfindung sieht vor, derartige phototrope Gläser zur Belichtungsregelung bei einer Kamera einzusetzen. Dies ermöglicht es, die herkömmlichen Regel­ einrichtungen einer derartigen Kamera einfacher und kosten­ günstiger zu gestalten oder im günstigsten Fall vollständig einzusparen.

In Blendenstufen ausgedrückt beträgt der Lichtmengen-Regelbe­ reich von stationären Kameras, wie sie in Außenbereichen von Anlagen oder Wohnungen zu Überwachungszwecken fest instal­ liert sind, etwa 1 bis 360. Dieser Regelbereich wird durch eine Shutter-Steuerung, die die Blendenstufen von 4 bis 22 erfaßt, und von einer Blendenregelung, die den restlichen Regelbereich überwacht, realisiert. Bei Verwendung der er­ findungsgemäß vorgesehenen phototropen Gläser im Lichtweg ist es bei solchen stationären Kameras möglich, die Blenden­ regelung einzusparen und die gesamte Belichtungsregelung allein über die Shutter-Steuerung und die phototropen Gläser durchzuführen.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Videokameras sondern betrifft auch herkömmliche Filmkameras oder Photoapparate.

Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist ein er­ stes phototropes Glas im Strahlengang vor dem Objektiv, das heißt zwischen Gesichtsfeld und Objektiv, eingesetzt, was den Vorteil hat, daß das phototrope Glas von außen frei zu­ gänglich ist und daher auf einfache Weise entfernt oder aus­ getauscht werden kann.

Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung befindet sich ein zweites phototropes Glas im Strahlengang hinter dem Objektiv, das heißt zwischen Objektiv und Bildebene, während nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung sowohl ein erstes phototropes Glas vor dem Objektiv als auch ein zwei­ tes phototropes Glas hinter dem Objektiv vorhanden ist.

Bei der zweiten und der dritten Ausführungsform kann das zweite phototrope Glas hinter dem Objektiv an unterschied­ lichen Positionen längs der optischen Achse einsetzbar sein oder auch längs der optischen Achse verschiebbar angeordnet sein. Dies bietet den Vorteil, daß in Abhängigkeit von der Position des zweiten phototropen Glases eine partielle Licht­ mengenregulierung möglich ist. Befindet sich das zweite phototrope Glas im Nahbereich der Bildebene, wird es durch die lokal unterschiedliche Bildhelligkeit beeinflußt und es stellt sich im zweiten phototropen Glas eine Lichtdurchläs­ sigkeitsmuster ein, das abhängig von der Helligkeit des jeweiligen Bildbereichs ist. Dies hat zur Folge, daß hel­ lere Bildbereiche stärker abgedunkelt werden als dunklere Bildbereiche. Dadurch ist es möglich, Helligkeitsunterschie­ de im Objektbild zu vermindern, was besonders dann von Vorteil sein kann, wenn der vom Objekt ausgehende Hellig­ keitsbereich größer als der vom Sensorelement erfaßbare Helligkeitsbereich ist. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn das Objekt eine Lichtquelle, beispielsweise eine Laterne oder dergleichen, enthält.

Je näher sich das zweite phototrope Glas an der Bildebene befindet, desto partieller oder selektiver ist seine Belich­ tungsregelung. Sofern das zweite phototrope Glas entlang der optischen Achse verschiebbar ausgeführt ist, läßt sich somit die Selektivität seiner Lichtmengenregelung nach Wunsch verändern.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung kann das zweite phototrope Glas lediglich einen Teilab­ schnitt des Strahlengangs in der Ebene senkrecht zur opti­ schen Achse einnehmen, wodurch eine selektive Belichtungs­ regelung nur in diesem Teilabschnitt erhalten wird.

Ist bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung ein erstes und ein zweites phototropes Glas vor und hinter dem Objektiv vorhanden, so können diese Gläser unterschiedliche Verdunkelungscharakteristiken insbesondere im Hinblick auf den Verdunkelungsgrad und die Reaktionsgeschwindigkeit aufweisen. Beispielsweise kann das erste, nicht partiell wirkende phototrope Glas einen hohen Verdunkelungsgrad zur maßgeblichen Regelung der Gesamthelligkeit aufweisen und das zweite, partiell wirkende Glas einen geringen Verdunkelungs­ grad zur zusätzlichen Selektivregelung besitzen.

Handelt es sich bei der Kamera um eine Farbbildkamera, kann diese zusätzlich ein kombiniertes Strahlteiler- und Filter­ system zur Aufspaltung des hinter dem Objektiv verlaufenden Strahlengangs in drei Farbstrahlengänge Rot, Grün und Blau und jeweils ein Sensorelement für jeden Farbstrahlengang auf­ weisen, wobei in jedem Farbstrahlengang ein zweites photo­ tropes Glas eingesetzt ist. Die Eigenschaften der in die Farbstrahlengänge eingesetzten zweiten phototropen Gläser können farbspezifisch unterschiedlich gewählt sein.

Phototrope Gläser im Sinne der vorliegenden Erfindung müssen nicht aus einem Glasmaterial bestehen, sondern können auch aus einem beliebigen optischen Kunststoff mit phototropen Eigenschaften aufgebaut sein.

Wenn es sich bei dem Sensorelement um eine Bildaufnahmeröhre oder um ein photoempfindliches Halbleiterbauteil handelt, kann eine Belichtungszeitregelung dadurch erfolgen, daß nach einer wählbaren Zeit die auf die lichtempfindliche Schicht des Sensorelementes gefallene Lichtmenge ausgelesen wird.

Bei Photokameras kann die Belichtungszeitregelung über eine herkömmliche Verschlußzeitsteuerung realisiert sein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Strahlen­ gangs in einer ersten Ausführungsform nach der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Strahlen­ gangs in einer zweiten Ausführungsform nach der Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Strahlen­ gangs in einer dritten Ausführungsform nach der Erfindung; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Strahlen­ gangs in einer erfindungsgemäßen Farbkamera.

Nach Fig. 1 weist eine Videokamera gemäß der Erfindung ein - hier lediglich durch eine einzelne Linse angedeutetes - Objektiv 1 sowie ein Sensorelement 2 mit einer lichtempfind­ lichen Schicht 3 auf. Das Objektiv 1 ist so eingestellt, daß ein sich in einer Objektebene 4 befindendes Objekt 5 auf die in der Bildebene liegende lichtempfindliche Schicht 3 abgebildet wird.

Zur Regelung der auf die lichtempfindliche Schicht 3 auftref­ fenden Lichtmenge ist ein vor dem Objektiv 1 angeordnetes phototropes Glas 6 vorgesehen. Ferner kann in nicht darge­ stellter Weise eine elektronisch geregelte Belichtungszeit­ steuerung (Shutter-Steuerung) vorhanden sein, bei der die auf die lichtempfindliche Schicht 3 auftreffende Lichtmenge integral gemessen und bei Erreichen eines gewissen Schwellen­ wertes ausgelesen wird. Handelt es sich bei dem Sensorele­ ment 2 um eine Bildröhre, so wird auf deren lichtempfindli­ cher Halbleiterschicht 3 durch die Belichtung ein dem Objekt­ bild 7 entsprechendes Ladungsbild erzeugt, das von einem Elektronenstrahl der Bildröhre 2 zeilenweise abgetastet, aus­ gelesen und dabei zerstört wird. Die Zeit zwischen zwei auf­ einanderfolgenden Abtastungen stellt die Belichtungszeit dar und ist entsprechend der Helligkeitsverhältnisse variierbar.

Alternativ kann als Sensorelement 2 ein integriertes Halblei­ terbauelement oder Halbleiterarray mit photosensitiver Halb­ leiterschicht 3 vorgesehen sein.

Wesentlich ist, daß die Lichtdurchlässigkeit des phototropen Glases bei zunehmender einfallender Lichtintensität abnimmt und damit eine selbsttätige Regelung der auf die lichtemp­ findliche Schicht 3 des Sensorelements auftreffenden Licht­ menge herbei führt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Strahlengang wird die auf die lichtempfindliche Schicht 3 auftreffende Lichtmenge al­ lein durch das phototrope Glas 6 geregelt, das heißt, es ist zu diesem Zweck keine zusätzlich im Strahlengang vorhandene regelbare Blende vorgesehen. Folglich ist bei diesem System in seiner einfachsten Ausführung auch kein elektronisches Steuersystem zur Regelung einer derartigen Blende erfor­ derlich.

Sollte eine Blendenregelung doch benötigt werden, beispiels­ weise weil sehr unterschiedliche oder sich relativ rasch verändernde Helligkeitsverhältnisse vorliegen, kann in nicht dargestellter Weise in den Strahlengang zusätzlich eine Blen­ denregelung integriert sein, die dann jedoch aufgrund der Unterstützung durch das phototrope Glas 6 gegenüber herkömm­ lichen Regelungen vereinfacht ausgeführt sein kann und insbe­ sondere einen kleineren Regelbereich aufweisen kann.

Eine Kamera nach der Erfindung eignet sich besonders als sta­ tionäre, im Außenbereich von Anlagen oder Häusern fest in­ stallierte Überwachungskamera, da sich bei derartigen Ein­ satzbedingungen die Lichtverhältnisse meist nur langsam ändern, so daß das phototrope Glas 6, daß zur Anpassung an sich ändernde Lichtverhältnisse eine gewisse Reaktionszeit benötigt, eine ausreichend schnelle, automatische Belich­ tungssteuerung gewährleistet.

Fig. 2 zeigt den Strahlengang einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Videokamera, wobei Bauteile dieser Ausführungsform mit den gleichen Bezugsziffern wie entspre­ chende Bauteile der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausfüh­ rungsform bezeichnet sind. Im Unterschied zur Ausführungs­ form nach Fig. 1 ist in Fig. 2 ein phototropes Glas 8 hinter dem Objektiv 1, das heißt zwischen Objektiv 1 und lichtempfindlicher Schicht 3, angeordnet. Das phototrope Glas 8 ist entlang der Richtungen des Doppelpfeils 10, d. h. längs der optischen Achse 9, verschiebbar. In Abhängigkeit von der Lage des phototropen Glases 6 weist dieses, wie be­ reits beschrieben, eine einheitliche oder eine lokal unter­ schiedliche Lichtdurchlässigkeit auf. Damit kann diese Ka­ mera auch bei bisher sehr schwer beherrschbaren Lichtver­ hältnissen eingesetzt werden, oder es kann alternativ ein Sensorelement 2 mit einem kleineren Helligkeitserfassungs­ vermögen verwendet werden.

Eine derartige räumlich selektive Lichtmengenregelung ist durch eine konventionelle Blendenregelung prinzipiell nicht erreichbar.

Nach Fig. 3 kann der Strahlengang einer Videokamera gemäß der Erfindung ein phototropes Glas 6 enthalten, das vor dem Objektiv liegt, und ein zweites phototropes Glas 8, das hin­ ter dem Objektiv 1 im Strahlengang angeordnet ist. Das hin­ tere phototrope Glas 8 kann, wie in Fig. 2 dargestellt, ver­ schiebbar ausgeführt sein.

In Fig. 4 ist schematisch der Strahlengang einer Farbbild­ kamera dargestellt. Hinter dem Objektiv 11 befindet sich ein Strahlteilersystem 12, das im vorliegenden Beispiel aus vier Spiegeln 13, 14, 15 und 16 aufgebaut ist, von denen zwei teildurchlässige Spiegel 14, 15 sind. Das Strahlteiler­ system 12 spaltet den Eingangsstrahl 17 in drei Einzelstrah­ len 18, 19 und 20 auf. Die Einzelstrahlen 18, 19, 20 durch­ laufen hinter dem Strahlteilersystem 12 jeweils einen Farb­ filter 21, 22 und 23 der Grundfarben rot, grün und blau und treffen auf ihrem weiteren Weg auf die lichtempfindlichen Schichten 24, 25 und 26 der Sensorelemente 27, 28 und 29 auf.

In dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel befindet sich vor dem Objektiv 11 ein phototropes Glas 30 und zwischen den Farb­ filtern 21, 22 und 23 und den jeweiligen lichtempfindlichen Schichten 24, 25 und 26 jeweils phototrope Gläser 31, 32 und 33.

Die phototropen Gläser 31, 32 und 33 können unterschiedliche Verdunkelungscharakteristiken aufweisen, die insbesondere in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Farbstrahlkomponenten gewählt sein können.

Entsprechend der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Bei­ spiele können das phototrope Glas 30 oder alternativ die phototropen Gläser 31, 32 und 33 weggelassen werden, und die phototropen Gläser 31, 32 und 33 können einzeln entlang der Richtung der Einzelstrahlen 18, 19 und 20 längsverschieblich ausgeführt sein.

Wesentlich ist bei allen beschriebenen Beispielen stets, daß die von weißem Licht durchlaufenen phototropen Gläser 6, 8 und 30 im Wellenlängenbereich über 450 nm wirksam, das heißt reaktiv, sein müssen, um eine Lichtmengenbeeinflussung über den gesamten sichtbaren Frequenzbereich zu gewährleisten. Alle dargestellten Ausführungsbeispiele arbeiten nach dem gleichen Prinzip und gewährleisten stets eine einfache und wirkungsvolle Lichtmengenregelung, die es ermöglicht, bisher für diese Aufgabe vorgesehene Komponenten einer Kamera ein­ facher zu gestalten oder vollständig einzusparen.

Claims (17)

1. Kamera, insbesondere Videokamera, bestehend aus einem Objektiv, zumindest einem Sensorelement mit lichtempfind­ licher Schicht in der Bildebene des Objektivs und einer Einrichtung zur Regelung der auf die lichtempfindliche Schicht auftreffenden Lichtmenge, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Regelung der Lichtmenge wenig­ stens ein phototropes Glas (6, 8, 30, 31, 32, 33) umfaßt, das zumindest in einen Teil des Strahlengangs zwischen Gesichtsfeld (5) und Bildebene (7) des Objek­ tivs (1, 11) eingesetzt ist.

2. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes phototropes Glas (6) im Strahlengang vor dem Objektiv (1), das heißt zwischen Gesichtsfeld (5) und Objektiv (1), eingesetzt ist.

3. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites phototropes Glas (7) im Strahlengang hinter dem Objektiv (1), das heißt zwischen Objektiv (1) und Bildebene (7), eingesetzt ist.

4. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes phototropes Glas (6) vor dem Objektiv (1), das heißt zwischen Gesichtsfeld (5) und Objektiv (1), und ein zweites phototropes Glas (8) hinter dem Objektiv (1), das heißt zwischen Objektiv (1) und Bildebene (7), eingesetzt sind.

5. Kamera nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hinter dem Objektiv (1) liegende zweite photo­ trope Glas (8) an unterschiedlichen Positionen entlang der optischen Achse (9) angeordnet sein kann.

6. Kamera nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite phototrope Glas (8) längs der optischen Achse (9) verschiebbar ist.

7. Kamera nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite phototrope Glas (8) lediglich von einem Teilquerschnitt des Strahlengangs durchlaufen wird.

8. Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den ersten und zweiten phototropen Glä­ sern (6; 8) um Gläser mit unterschiedlichen Verdunke­ lungscharakteristiken, insbesondere mit unterschied­ lichem Verdunkelungsgrad und unterschiedlicher Reaktions­ geschwindigkeit handelt.

9. Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera ein kombiniertes Strahlteiler- und Filter­ system (12; 21, 22, 23) zur Aufspaltung des hinter dem Objektiv verlaufenden Strahlengangs in die drei Farb­ strahlengänge Rot, Grün und Blau und jeweils ein Sensor­ element (27, 28, 29) für jeden Farbstrahlengang auf­ weist, wobei in jedem Farbstrahlengang ein zweites phototropes Glas (31, 32, 33) eingesetzt ist.

10. Kamera nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die phototropen Eigenschaften der zweiten phototro­ pen Gläser (31, 32, 33) jeweils farbspezifisch gewählt sind.

11. Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die phototropen Gläser (6, 8, 31, 32, 33) aus einem Kunststoffmaterial mit phototropen Eigen­ schaften bestehen.

12. Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem oder den Sensorelementen (2, 27, 28, 29) um Bildaufnahmeröhren handelt.

13. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem oder den Sensorelementen (2, 27, 28, 29) um photoempfindliche Halbleiterbauelemente handelt.

14. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem oder den Sensorelementen (2, 27, 28, 29) um lichtempfindliche photographische Filme oder Platten handelt.

15. Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die phototropen Gläser (6, 8, 31, 32, 33) bei einer Lichtwellenlänge im Bereich über etwa 450 nm reaktiv sind.

16. Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Regelung der Lichtmenge eine Belichtungszeitregelung umfaßt.

17. Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Regelung der Lichtmenge eine Blendenregelung umfaßt.