DE1956014A1

DE1956014A1 - Einrichtung zur Entfernungsmessung

Info

Publication number: DE1956014A1
Application number: DE19691956014
Authority: DE
Inventors: Keznickl Ing Eduard; Vockenhuber Ing Karl
Original assignee: HAUSER DR RAIMUND
Current assignee: HAUSER DR RAIMUND
Priority date: 1968-11-25
Filing date: 1969-11-07
Publication date: 1970-10-01
Also published as: AT301331B; DE1956014B2; DE1956014C3; FR2027548A1; JPS4819250B1; US3723003A; CH517934A; GB1291066A

Description

A 31 431

Patentanwalt

Dlpl.-Ing. Walter Jackisch

7 Stuttgart N, Menzelstraße 40

Ing. Karl Vockenhuber, 1180 Wien, Pötzleinsdorferstraße 118 -J₁ fJQV, 1969

DDr. Raimund Hauser, 1040 Wien, Goldegg-Gasse 2 1956014

Einrichtung zur Entfernungsmessung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Entfernungsmessung mit einem Sender für kurzwellige, gebündelte, insbesondere elektromagnetische Wellen und einem Empfänger, insbesondere mit zwei Wandlern, die die vom Sender emittierte Energie in eine elektrische Größe umwandeln, gegebenenfalls mit einem ersten Abbildungssystem, das die emittierende Fläche des Senders auf einem Objekt abbildet und einem zweiten Abbildungssystem, welches das auf dem Objekt entworfene Bild auf den oder die Wandler abbildet, wobei besonders die Wandler in der durch die Achsen von Sander und Empfänger definierten Ebene versetzt zur Achse des Abbildungssystems des Empfängers angeordnet sind und wobei sich ferner die Achse des vom Sender ausgehenden Strahles und die Achse des Abbildungssystems des Empfängers, gegebenenfalls im Endlichen, schneiden und sich entsprechend der Objektentfsrnung eine Parallaxe der Abbildung durch das zweite Abbildungssystem ergibt.

Bei einer bekannten Einrichtung der oben beschriebenen Art ist als Sender eine Lichtquelle vorgesehen, welche durch ein optisches System auf dem Objekt abgebildet wird. Der Empfänger weist ein zweites optisches System auf, in dessen Bildebene eine Schneide angeordnet ist. Auf der dem optischen System abgewendeten Seite der

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Schneide sind symmetrisch zur optischen Achse zwei Photowiderstände angeordnet. Wird der auf dem Objekt entworfene Lichtfleck in der Ebene der oben genannten Schneide abgebildet, so werden beide Photowiderstände gleichmäßig beleuchtet. Wird der Lichtfleck hingegen vor der Schneide abgebildet, so wird bevorzugt der eine Photowiderstand beleuchtet. Erfolgt die Abbildung hinter der Schneide, Ί30 empfängt bevorzugt der andere Photowiderstand Licht. Ein Intensitätsvergleich der auf die beiden Photowiderstände fallenden Lichtmenge kann zur Steuerung eines Versteilmotors ausgenützt werden, der das optische System des Empfängers längs der optischen Achse so lange verschiebt, bis auf beide Photowiderstände die gleiche Lichtmenge fällt. Die Empfindlichkeit dieser Entfernungsmeßeinrichtung wird primär durch die Apertur des optischen Systems des Empfängers bestimmt. Um in einem Entfernungsbereich von beispielsweise 1 bis 20 m eine genügend genaue Messung zu erhalten, ist es notwendig, ein optisches System mit relativ großem Öffnungsverhältnis zu wählen. Dies bedingt jedoch nicht nur einen großen Aufwand (zumal auch die Forderung besteht, daß die Aberrationen des optischen Systems sehr klein gehalten werden müssen), sondern ergibt auch relativ große Gesamtabmessungen des Gerätes. Es ist auch schon eine Einrichtung der eingangs genannten Art bekanntgeworden, wobei die Achsen des Senderstrahles sowie des Abbildungs sy stems für den Empfänger so lange gegeneinander verschwenkt wurden, bis der vom Objekt reflektierte Strahl den Empfänger erreichte. Mit der Bewegung von Sender und/oder Empfänger war die Verschiebung des Fokussiergliedes des Objektivs gekoppelt, so daß beim Auftreten des reflektierten Strahles auf den Empfänger das Objektiv fokussiert war. Mit dieser Einrichtung war in nachteiliger Weise ein veiiiältnismäßig hoher Aufwand für die verschiedenen bewegten Teile verbunden. Dieses aufwändige Getriebe mußte aber auch genau justiert sein und war verhältnismäßig störanfällig.

Diese Schwierigkeiten werden gemäß-der Erfindung dadurch vermieden, daß der Empfänger und der Sender relativ zueinander im wesentlichen ortsfest angeordnet sind,wobei der Empfänger, wie an sich bekannt, unterschiedlichen Objektentfernungen zugeordnete Zonen aufweist, die bei gleich starker Beaufschlagimg durch den Strahl des

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Senders ein verschieden großes oder verschiedenen Steuerkanälen zuführbares Ausgangssignal abgeben, und wobei vorzugsweise der Sender in an sich bekannter Weise kurzzeitige Impulse aussendet.

Da sich die Wandler für sichtbares Licht und für die angrenzenden Spektralbereiche außerordentlich klein ausführen lassen, ergibt sich eine sehr kompakte Bauweise des Empfängers. Die Empfindlichkeit der Meßeinrichtung wird primär durch den Abstand des Empfängers vom Sender bestimmt. Im allgemeinen wird es keine Schwierigkeiten bereiten, eine ausreichende große Meßbasis vorzusehen, insbesondere dann nicht, wenn das Gerät mit anderen Geräten, z.B. mit Kameras, Ferngläsern etc. konstruktiv vereinigt wird, da die Abmessungen dieser Geräte eine ausreichende Basis darstellen.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung sendet der Sender einen kurzzeitigen Impuls aus. Die Wandler speisen vorzugsweise über je eine Verstärkerstufe einen Meßwertspeicher, welche mit einer Anzeige und bzw. oder einer Verstelleinrichtung verbunden sind. Der Impulsbetrieb des Senders hat den Vorteil, nur eine relativ geringe Leistung zu beanspruchen, so daß eine Verwendung dieser Meßeinrichtung auch in tragbaren Geräten möglich ist, die aus Batterien mit geringer Kapazität gespeist werden. Um von den Umweltbedingungen unabhängig zu sein, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, nicht die auf die Wandler fallende Energie ihrem Absolutwert nach auszuwerten, sondern der Messung die durch den Sendeimpuls bewirkte Energieänderung zugrunde zu legen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird zu diesem Zweck | zwischen Wandler und Speicher eine Differenzierstufe z.B. ein Koppelkondensator vorgesehen.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist der Meßwertspeicher als eine bistabile Schaltstufe z.B. als ein bistabiler Multivibrator ausgebildet, welche von einem ersten Schaltzustand in einen zweiten überführbar ist, wenn das vom Wandler abgegebene Signal bzw. dessen Ableitung einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt. Arbeitet die Entfernungsmeßeinrichtung im sichtbaren Bereich des Spektrums oder in den nahen Infrarot-oder Ultraviolettbereichen, so kann vorteilhaft als Sender eine Gasentla-

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dungslampe vorgesehen werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist als Sender eine Halbleiter-Luminiszenzdiode z. B. eine Gallium-Arseniddiode vorgesehen. Diese Luminiszenzdioden weisen extrem kleine Abmessungen auf und zeichnen sich durch ei-.nen relativ hohen Wirkungsgrad aus. Ein besonderer Vorteil ist ferner, daß die lichtemittierte Fläche außerordentlich geringe Abmessungen hat, so daß sich eine Bündelung der Senderstrahlen in einer sehr exakten Form durchführen läßt. Die oben angeführte Gallium-Arseniddiode hat darüber hinaus den Vorteil, praktisch monochromatische Strahlung auszusenden, die eine Wellenlänge von ca. 900 nm aufweist, d.h. also im Infrarotgebiet liegt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und in Verbindung mit der Zeichnung.

In Fig. 1 ist eine Entfernungsmeßeinrichtung mit Impulsbetrieb dargestellt. Die Fig. 2, 3 und 4 stellen Blockschaltbilder zur Auswertung der Empfängersignale für eine Einrichtung gemäß Fig. 1 dar. Die Fig. 5 zeigt ein Schaltungsdetail der in Fig. 4 veranschaulichten Anordnung. Die Fig. 6 und 7 zeigen ebenfalls schematisch zwei Anordnungen der neuen Entfernungsmeßeinrichtung an kinematographischen oder photographischen Kameras. Die Fig. 8 veranschaulicht eine Variante zu der in Fig. 7 dargestellten Einrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Meßeinrichtung ergibt eine Messung in bestimmter zeitlichen Folge. Da es in der Regel auch nicht erforderlieh ist, eine stetige Anzeige über den gesamten Meßbereich vorzusehen, so genügt es im allgemeinen, wenn die Entfernungsangabe in bestimmten Stufen erfolgt. Unter diesen Voraussetzungen ist es möglich, den Sender nicht kontinuierlich, sondern impulsweise zu betreiben, wobei naturger mäß der Leistungsbedarf des Senders auf einen Bruchteil der Leistung reduziert werden kann, die bei kontinuierlichem Betrieb erforderlich ist.Die Fig. 1 zeigt schematisch eine derartige e rfindungs gemäße Entfernungsmeßeinrichtung mit Impulsbetrieb. Als Sender dient eine Gasentladungslampe 29, deren Stromversorgungsteil einen Kondendator 30mit

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dem zugehörigen Ladegerät 31 aufweist. Mit 32 ist der Zündschalter bezeichnet. Der Lichtbogen der Gasentladungslapme wird durch eine Linse 33 in den Objektraum abgebildet. Der Empfänger umfasst in analoger Weise eine Linse 34, in deren Bildebene eine Anzahl von Photodioden 35 angeordnet ist. Es kann vorteilhaft sein, vor der Senderund Empfängeroptik je eine Filterscheibe 36 und 37 vorzusehen. Die Photodioden 35 ' sind mit einem Meßwertspeicher 36 verbunden, der ein Anzeigeinstrument 37 steuert. Sender und Empfänger sind starr angeordnet. Zur Messung wird die Taste 32 gedruckt und damit der Kondensator 30 über die Gasentladungslampe 29 entladen, wobei eine bestimmte, relativ kleine Zone des Objektes 28 beleuchtet wird. Dieser Leuchtfleck wird durch die Optik 34 des Empfüngers auf den Photodioden 35 abgebildet, wobei je nach der Position des Objektes 28 eine bestimmte Photodiode das vom Sender ausgehende Licht _Λ

empfängt, während die anderen Photodioden vom Sender nicht beleuchtet werden. Befindet sich das Objekt 28 im Schnittpunkt der optischen Achsen vom Sender und Empfänger, so wird die auf der optischen Achse des Empfängers angeordnete Photodiode beleuchtet. Ist das Objekt 28 weiter entfernt, so wird eine Photodiode oberhalb der optischen Achse beleuchtet, während bei einem Objekt das vor dem Schnittpunkt der optischen Achse liegt, eine Photodiode unterhalb der optischen Achse des Empfängers den vom Sender ausgehenden Lichtimpuls empfängt. Da normalerweise das Objekt 28 bereits eine mehr oder weniger große Vorbeleuchtung aufweist und damit auch sämtliche Photodioden 35 beleuchtet werden, wird der Messung nicht der Absolutwert der auf die Photodioden fallenden Lichtmenge zugrunde gelegt, sondern die zeitliche Änderung desselben. Die An- " derung der Ausgangsgröße der Photodioden 35 wird im Meßwertspeicher 36 verstärkt und gespeichert, wobei am Instrument 37 jeweils das Ergebnis der letzten Entfernungsmessung zur Anzeige gelangt. Die Auslösung des Schalters 32 kann manuell erfolgen, es kann jedoch auch vorteilhaft sein, den Sender mit einer bestimmten Impulsfolge zu betreiben. Die Frequenz dieser Impulsfolge wird sich nach der relativen Geschwindigkeit zwischen Entfernungsmeßeinrichtung und Objekt 28 richten.

In Fig. 2 ist schematisch in Form eines Blockschaltbildes der Aufbau des Meßwert speiche rs 30 angedeutet. Die Photodioden 35 sind über einen Koppelkondensa-

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tor 37 mit einer bistabilen Schalteinrichtung 39 verbunden, die beispielsweise als MuI tivibrator oder als Schmitt-Trigger, ausgebildet sein kann. Die einzelnen Schaltstufen sind mit den Anzapfungen einer Widerstandskette 40 verbunden. Wird eine der Photodioden 35 durch einen Lichtimpuls erregt, so wird über den Koppelkondensator 38 die zugehörige Schaltstufe 39 in ihre Arbeitsstellung übergeführt, in welcher sie die zugehörige Anzapfung der Widerstandskette 40 mit Masse verbindet. Die Anordnung ist so gewählt, daß die Photodiode, welche der maximalen Meßentfernung zugeordnet ist, die kleinste Widerstandsstufe schaltet, während die der minimalen Meßentfernung zugeordnete Schaltstufe den größten Widerstand überbrückt. Der resultierende Widerstand der Widerstandskette 40 stellt somit ein Maß für die Entfernung des Objektes von der Meßeinrichtung dar. Befindet sich das Objekt 28 in einem so großen Abstand vor der Meßeinrichtung, daß die rückgestrahlte Leistung nicht mehr ausreicht um eine Schaltstufe anzuregen, so kommt der Gesamtwiderstand der Widerstandskette 40 zur Wirkung. Dieser Widerstandswert könnte beispielsweise der Entfernung Unendlich zugeordnet werden. Die eigentliche Anzeige der Entfernung kann durch ein mit dem Widerstand 40 verbundenes Widerstnadsmeßgerät erfolgen, dessen Meßinstrument 37 eine Entfernungsskala trägt. Gemäß Fig. 2 ist zur Widerstandsmessung eine Anzeigenbrücke vorgesehen. Es eignen sich jedoch auch alle anderen bekannten Widerstandsmeßschaltungen, so z.B. Kreuzspulinstrumente und ähnliche.

Die Fig. 3 zeigt eine Variante der in Fig. 2 veranschaulichten Schaltung. Gemäß dieser Ausführung schaltet die Schaltstufe 39 GlUhlämpchen 41. Nach der Auslösung eines Lichtimpulses leuchtet bei dieser Anordnung jeweils diejenige Glühlampe 41 auf, welche dem Entfernungsbereich zugeordnet ist, in welchem sich das Objekt 28 befindet. Es ist vorteilhaft, im Stromversorgungsteil der Speicherstufe 36 einen Schalter vorzusehen, der unmittelbar vor Auslösung eines neuen Meßimpulses kurzzeitig unterbrochen wird, wodurch das ursprüngliche Meßergebnis gelöscht wird. Ein solcher Schalter kann

als Wischschalter ausgebildet und mit dem Auslöseschalter 32 gekoppelt sein.

In Fig. 4 ist das Blockschaltbild einer weiteren Variante zu dem in Fig. 1 ge-

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zeigten Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Sender 42 wird über einen Hauptschalter 43 mit einer nicht dargestellten Stromquelle verbunden. Mit 44 ist der Zündschalter des Senders bezeichnet, der mit einem Schalter 45 im Stromkreis des Meß-und Speichergliedes verbunden ist. Die Photodioden 35 sind im Eingangskreis je eines Verstärkers 46 angeordnet, der in Übereinstimmung mit dem oben bezeichneten Beispiel über einen Koppelkondensator 37 mit einem bistabilen Multivibrator 48 ( Flip-Flop) verbunden ist. Die einzelnen Multivibratoren 48 wirken mit einem Stellglied 49 zusammen, in deasen Ausgangskreis ein Motor 50 und ein Relais 51 angeordnet sind. Die Multivibratoren 48 weisen eine Vorzugslage auf, so daß sie bei Einschaltung der Speisespannung zunächst eine definierte Ruhestellung einnehmen. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist im wesentlichen folgende: ä

Bei Betätigung des Zündschalter 44 wird zunächst der Kontakt 45 geschlossen und damit die Verstärker, die Multivibratoren und das Stellglied an Spannung gelegt. In weiterer Folge wird der Blitz durch Schließen des Kontaktes 44 ausgelöst. Je nach der Position des Objektes 28 wird eine der Photodioden 35 erregt und steuert damit den zugehörigen Multivibrator in seine Arbeitsstellung um. Im Stellglied 49 wird der dadurch definierte Widerstandswert mit einem der Stellung des Motors 50 entsprechenden Einstellung verglichen. Stimmt diese Stellung mit dem Meßergebnis überein, so bleibt der Mo tür 50 und das Relais 51 stromlos, so daß nach Loslassen der Taste 44 die Verstärker, Multivibratoren und das Stellglied wieder abgeschaltet werden. Im allgemeinen wird je-

doch das Meßergebnis nicht mit der vorgegebenen Stellung des Motors 50 übereinstimmen. In diesem Fall wird je nach der Richtung der Abweichung der Motor in dem einen oder anderen Drehsinn eingeschaltet. Der Motor 50 läuft so lange, bis eine Rückmeldeeinrichtung die Übereinstimmung der Motorstellung mit dem Meßergebnis anzeigt. Solange der Motor Strom führt, bleibt das Relais 51 erregt. Der Arbeitskontakt 52 des Relais 51 verbindet die Verstärker, Multivibratoren und das Stellglied unabhängig von der Position des Schalters 44 mit der Stromquelle und unterbricht den Stromkreis erst, wenn wenn der Motor 50 die der jeweiligen Objektentfemung zugeordnete Position erreicht hat.

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Die Fig. 5 veranschaulicht das Prinzipschaltbild zu der oben erörterten Einrichtung. Die Photodiode 35 ist mit der Basis einer ersten Transistorstufe 53 verbunden, deren Kollektorkreis über den Koppelkondensator 47 mit dem bistabilen Multivibrator verbunden ist. Dieser ist aus zwei Transistoren 54, 55 aufgebaut, wobei in bekannter Weise, der Kollektorkreis des einen Transistors über einen Widerstand mit dem Basis kreis des anderen verbunden ist. Der Multivibrator steht über einer Diode 56 mit einer Anzapfung der Widerstandskette 40 in Verbindung. Diese ist in Übereinstimmung mit Fig. 2 in einer Wheätstone· sehen Brücke angeomdet, deren andere Zweige die Widerstände 57,58 und 59 enthalten. Die Widerstände 57 und 58 sind fest eingestellt, der Widerstand 59 ist durch den Motor 50 verstellbar. Im Diagonalzweig der Brücke ist ein Differenzverstärker vorgesehen, der aus zwei Transistoren 60 und 61 aufgebaut ist. Im Ausgangskreis der beiden Transistoren 60 und 61 ist der Motor 50 und das Relais 51 angeordnet. Der Motor 50 kann mit einem. Anzeigeinstrument gekoppelt sein, er kann jedoch auch mit der Fokussiereinrichtung eines Objektivs verbunden sein. Es ist vorteilhaft, die Photodioden 35, den Vorverstärker 53, den Koppelkondensator 47 und den Multivibrator 54 und 55 in der Technik der integrierten Schaltkreise auf einen gemeinsamen Träger, vorzugsweise einem Halbleiter-Kristall, auszuführen. Neben der Ausbildung der einzelnen Stufen als integrierte Schaltkreise kommt auch eine Vereinigung sämtlicher Stufen auf einem solchen Schaltkreis in Betracht, wobei gegebenenfalls auch der Differenzverstärker 60 und 61 mit einbezogen wird.

Die Fig. 6 veranschaulicht die Anwendung der neuen Entfernungsmeßeinrichtung an einer kinematographischen Kamera. Das optische System der Kamera besteht aus einem Grundobjektiv 62 und einem Vorsatz variabler Vergrößerung 63, dessen Frontlinse 64 zur Entfernungseinstellung in axialer Richtung verschiebbar ist. Zwischen Grundobjektiv und Vorsatz ist ein teildurchlässiges Prisma 65 vorgesehen, welches einen Teil des durch den Vorsatz einfallenden Lichtes in einen Sucher 66 lenkt. Zwischen dem Grundobjektiv 62 und einem Fenster 67 ist ein Umlaufverschluß 68 vorgesehen, der wähi'end der Transportphase des Filmes das Bildfenster abdeckt. Auf der Welle 69¹UeS Umlauf-

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Verschlusses 68 ist eine Kontaktwalze 70 angeordnet, die mit ortsfesten Kontakten 71 zusammenwirkt und diese während der Transportphase des Filmes, d.h. bei abgedecktem Bildfenster, verbindet. Auf der gegenüberliegenden Seite der optischen Achse des Objektivs sind Sender und Empfänger angeordnet. Der Sender weist eine Line 72 auf, in deren Bildebene eine Lurniniszenz-Diode 73, insbesondere eine Gallium-Arsenid-Diode angeordnet ist, die eine Stromversorgungseinheit 74 aufweist. Mit 75 ist der Zündschalter des Senders bezeichnet. Der Empfänger weist eine Linse 76 auf, in deren Bildebene Photodioden 77 angeordnet sind, die einen Meßwertspeicher 78 steuern. Die Photodioden sind in ihrer spektralen Empfindlichkeit auf den Sender abgestimmt. Für Gallium-Arsenid-Dioden kommen im besonderen Silicium-Photodioden in Betracht, da deren maximale Empfindlichkeit ebenfalls im Infrarotbereich liegt. Der Meßwertspeicher steueii; über eine Wheatstone'sche Brücke 79 in der oben beschriebenen Art einen Motor 80, der über ein Getriebe das Frontglied 64 des Objektivs in axialer Richtung verschiebt. Zur Rückmeldung der jeweiligen Entfernungsei nstellung ist das Frontglied mit einem veränderbaren Widerstand 81 der Brücke 79 verbunden. Wird eine Luminiszenz-Diode 73 verwendet, die ein Licht aussendet welches eine Exposition des Filmes bewirkt, so empfiehlt es sich, den Lichtimpuls mit dem Verschluß 68 der Kamera in der Weise zu synchronisieren, daß er immer nur dann ausgesendet wird, wenn der Verschluß 68 das Bildfenster abdeckt. Zu diesem Zweck wird der aus der Kontaktwalze 70 und den ortsfesten Kontakten 71 gebildete Schalter in den Zündstromkreis des Senders eingeschleift. Da im Objekt raum normalerweise eine große Zahl in der räumlichen Tiefe gestaffelte Objekte vorkom- " men, ist im Sucher, in an sich bekannter Weise, ein Feld abgegrenzt, welches dem Meßfeld der Entfernungsmeßeinrichtung entspricht. Der Zündschalter 75 kann manuell betätigbar sein, kann jedoch auch selbsttätig in einer bestimmten, gegebenenfalls einstellbaren Impulsfolge gesteuert werden. Die Größe der lichtauffangenden Flächen der Photodioden 77 wird in Übereinstimmung mit dom kritischesten Schärfentiefenbereich des Kameraobjektivs festgelegt, d. h., die der Breite der lichtauffangenden Fläche entsprechende Tiefe im Objektraum muß kleiner als der Schärfentiefenbereich bei kritischester Brennweiten- und Blendeneinstd lung sein. Die Verwendung von Luminiszenz-Dioden als Sender

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hat gegenüber einer Gasentladungslampe den Vorteil, daß die benötigte Speisespannung relativ niedrig ist. Daneben sind die Abmessungen dieses Sendeelementes wesentlich geringer als die der vergleichbaren anderen Lichtquellen, wodurch auch die exakte Abbildung besonders erleichtert wird. Bei Verwendung von Gallium-Arsenid-Dioden kommt noch hinzu, daß das ausgesendete Licht praktisch monochromatisch ist, d.h., nur eine sehr geringe Bandbreite aufweist und im Infrarotbereich liegt, so daß die Entfernungsmessung für irn Objektraum befindliche Personen und Tiere unbemerkt bleibt. Schließlich ist noch auf den relativ guten Wirkungsgrad der Gallium-Arsenid-Dioden und auf ihre gute Eignung für einen Impulsbetrieb hinzuweisen.

Bei photographischen und kinematographischen Aufnahmen ist vielfach die Kenntnis der absoluten Objektenfernung unwichtig. Im Interesse einer optimalen Bildgestaltung ist auch eine automatische Entfernungseinstellung nicht immer möglich. In diesen Fällen kann eine Einrichtung zur Anwendung kommen, die dem Benutzer des Gerätes anzeigt, ob sich das Objekt im Schärfentiefenraum des Kameraobjektivs 82 befindet. Entfernungseinstelleinrichtung 83, die Brennweiteneinstelleinrichtung 84 und das Verstellsystem 85 für die Objektivblende 86 sind mit einem Schärfentiefenrechner 87 gekoppelt. Dieser kann in Form eines mechanischen Rechengetriebes oder auch in Form einer elektrischen Rechenschaltung ausgebildet sein. Der Schärfentiefenrechner 87 steuert ein Ritzel 88, welches zwei Zahnstangen 89 und 90 gegensinnig verstellt. Die beiden Zahnstangen 89 und 90 tragen je eine Photodiode ( 91 und 92). Die beiden Photodioden werden durch den Schärfentiefenrechner 87 so verstellt, daß sie jeweils den außex'halb des Schärfentiefenraumes liegenden Räumen entsprechen. Die Photodiode 92 ist dem Raum vor dem Schärfentiefenbereich zugeordnet, während die Photodiode 91 dem hinter dem Schärfentiefenraum angrenzenden Bereich entspricht. Empfängt bei der Messung die Diode 91 oder 92 einen Lichtimpuls, so bedeutet dies, daß sich das Aufnahmeobjekt außerhalb des Schärfentiefenbereiches befindet. Diese Abweichung wird Über geeignete Signaleinrichtungen zur Anzeige gebracht.

In Fig. 8 ist eine Variante der oben beschriebenen Anoixinung gezoigt. Das \ Ritzel 88 des Schärfentiefenrechners 87 verstellt tiber zwei Zahnstangen 93, 94 Blenden

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95 und 96, die vor einer Photodiode 97 bzw. einem Photowiderstand angeordnet sind; die Blenden 95 und 96 werden so gesteuert, daß ihre Kanten den Grenzen des Schärfentiefenbereiches entsprechen. Befindet sich das Objekt außerhalb des Schärfentiefenraumes, so wird der vom Sender 73 am Objekt erzeugte Lichtfleck auf der Blende 95 oder

96 abgebildet. Bei Ausbleiben eines Empfangsignales kann eine geeignete Warneinrichtung ausgelöst werden.

In Fig. 9 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Der Sender 100 wird durch ein Objektiv 101 am Meßobjektiv 102 abgebildet. Das am Objekt erzeugte Bild des Senders wird durch das Empfängerobjektiv 103 neuerlich abgebildet. Um eine scharfe Abbildung der einzelnen Objekte unabhängig von ihrer jeweiligen Entfernung zu erhalten, ist die die Wandler enthaltende Ebene 104 gemäß der Scheimpflug-Bedingungen zur optischen Achse gezeigt. Die Ebene 104 wird daher, wie bekannt, durch den Schnittpunkt 105 der Hauptebene des Empfängerobjektivs und der Ebene bestimmt, welche die einzelnen scharf abzubildenden Objekte enthält. Diese Ebene läuft somit durch die optische Achse des Senders.

Bei Verwendung von Photowiderständen als photoelektrische Wandler ist es zur Erzielung eines großen Nutzsignales zweckmäßig, den jeweiligen Photowiderstand in einer Spannungsteilerschaltung anzuordnen, dessen zweiter Widerstand ebenfalls von einem Photowiderstand gebildet wird, der jedoch von dem das Objekt umgebenden Bereich Licht empfängt. Bei Verwendung nichtlinearer photoelektrischer Wandler ist es zweckmäßig, diese jeweils im optimalen Arbeitspunkt zu betreiben. Um den Einfluß der gegebenen Objektvorbeleuchtung auszuschalten ist es vorteilhaft, vor dem Empfänger eine Lichtschwächungseinrichtung vorzusehen, die von einem Photoelement, einem Photowiderstand od. dgl. gesteuert wird und eine vor dem photoelektrischen Wandler angeordneten Blende oder einen Graukeil so verstellt, daß der auf die photoelektrischen Wandler fallende Lichtstrom im Mittel konstant ist. Eine derartige Lichtschwächungseinrichtung kann in analoger Weise zu der bei photographischen und kinematographischen Kameras bekannten Blendenre-

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geleinrichtung aufgebaut sein. Bei Anwendung der neuen Entfernimgsmeßeinrichtung in Kombination mit photographischen oder kinematographischen Ob jektiven ist es vorteilhaft, den Empfänger im Strahlengang des Objektivs anzuordnen bzw. das für den Empfänger erforderliche Licht in an sich bekannter Weise aus dem Strahlengang des Objektivs auszuspiegeln. Wird der Empfänger des Entfernungsmesser bzw. der Teilungsspiegel hinter der Objektivblende angeordnet, so ergibt sich unabhängig von der herrschenden Objektbeleuchtung eine konstante mittlere Lichtstärke auf den photoelektris chen Wandler des Empfängers.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt. Neben den Anwendungen in der Photographic, Kinematographie und Fernsehtechnik kann die Erfindung auch bei Verwendung einer entsprechend größeren Meßbasis für geodätische Meßgeräte^ für Visier- und Zieleinrichtungen verwendet werden. Die neue Einrichtung kann ferner für Höhenmessungen in Verwendung mit bekannten Blindfluglandeverfahren Verwendung finden.

Neben den oben angeführten Sendern kommen auch die verschiedenen Laser in Betracht. Wegen des günstigen Frequenzbereiches eignen sich im besonderen Rubinlaser und CO₂-Laser.

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Claims

Patentansprüche

1. J Einrichtung zur Entfernungsmessung mit einem Sender für kurzwellige ge-

bündelte, insbesondere elektromagnetische Wellen und einem Empfänger, insbesondere mit mindestens zwei Wandlern, die die vom Sender emittierte Energie in eine elektrische Größe umwandeln, gegebenenfalls mit einem ersten Abbildungssystem, das die emittierende Fläche des Senders auf einem Objekt abbildet und einem zweiten Abbildungssystem, das das auf dem Objekt entworfene Bild auf den oder die Wandler abbildet, wobei besonders die Wandler in der durch die Achsen von Sender und Empfänger definierten Ebene versetzt zur Achse des Abb'ildungssystems des Empfängers angeordnet sind und wobei sich ferner die Achse des vom Sender ausgehenden Strahles und die Achse des Abbildungssystems des Empfängers, gegebenenfalls im Endlichen, schneiden und sich entsprechend der Objektentfernung eine Parallaxe der Abbildung durch das zweite Abbildungssystem ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger und der Sender relativ zueinander im wesentlichen ortsfest angeordnet sind, wobei der Empfänger, wie an sich bekannt, unterschiedlichen Objektentfernungen zugeordnete Zonen aufweist, die bei gleich starker Beaufschlagung durch den Strahl des Senders ein verschieden großes oder verschiedenen Steuerkanälen zuführbares Ausgangssignal abgeben, und ti wobei vorzugsweise der Sender in an sich bekannter Weise kurzzeitige Impulse aussendet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, mit einem Sender für elektromagnetische Wellen, der im sichtbaren Teil des Spektrums oder in einem angrenzenden Spektralbereich arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger aus einer Reihe, vorzugsweise auf einem gemeinsamen Träger angeordneter Photowiderstände besteht, wobei jeweils nur ein einziger lichtelektrischer Wandler vom reflektierten Strahl des Senders beaufschlagt ist.

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3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger vorzugsweise über je eine Verstärker stufe je einen Meßwertspeicher speist, die mit einer Anzeige-und/oder Verstellvorrichtung verbunden sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Wandler und Speicher eine Differenzierstufe z.B. ein Koppelkondensator, vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertspeicher als eine bistabile Schaltstufe, z.B. ein bistabiler Multivibrator ausgebilder ist, welche von einem ersten Schaltzustand in einen zweiten überführbar ist, wenn das vom Wandler abgegebene Signal bzw. dessen Ableitung einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein unterhalb einem vorgegebenen Schwellwert liegendes Eingangssignal am Empfänger in an sich bekannter Weise einer maximalen Entfernung zugeordnet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6 mit einem Sender für elektromagnetische Wellen, der im sichtbaren Teil des Spektrums oder in einem angrenzenden Spektralbereich arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Zelle, die gegebenenfalls anzuordnende Differenzierstufe, die Verstärker- und Speicherstufe in integrierter Schaltungstechnik auf einem gemeinsamen Träger, vorzugsweise auf einer Halbleiterplatte angeordnet sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand mit einer Reihe von Anzapfungen vorgesehen ist, wobei jeder Anzapfung eine Schaltstufe zugeordnet ist, welche in Arbeitsstellung die Anzapfung mit einem Ende des Widerstandes verbindet, während die Anzapfung in der Ruhestellung der zugehörigen Schaltstufe potentialmäßig unabhängig ist, so daß die dem anderen Ende des Widerstandes benachbarte in Arbeitsstellung befindliche Schxütstufe den resultierenden Widerstandswerjt bestimmt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruhestellung sämtlicher Schaltstufen, d.h. der maximale Widerstandswei't des Widerstandes, der maximalen Meßentfernimg zugeordnet ist, wogegen der kleinste Widerstandswert dor

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kürzesten Meßentfernung entspricht.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand in an sich bekannter Weise im Meßkreis einer Widerstandsmeßeinrichtung, z.B. einer Wheatstone¹ sehen Brücke angeordnet ist, wobei das Meßinstrument die zuletzt gemessene Ob j eisentfernung anzeigt.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10 an Objektiven für Kameras, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Meßwertspeichern gesteuerte Verstelleinrichtung mit der Fokussiereinrichtung des Objektivs gekoppelt ist.

12. Einrichtung nach den Ansprüchen 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Schaltstufen verstellbare Widerstand in einer selbstabgleichenden Brücke angeordnet ist, die einen in Abhängigkeit von der Objektiventfernungseinstellung veränderbaren Widerstand enthält, während die Brückendiagonale gegebenenfalls unter Zwi schenschaltung eines Verstärkers einen Verstellmotor für die Objektiveinstellung steuert.

13. Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter zwischen einer Stromquelle und dem Empfänger samt Verstärker und Meßwertspeicher vorgesehen ist, der vorcder gleichzeitig mit Auslösung des Senders einschaltbar ist und bei Erreichen der Einstellung der Fokussiereinrichtung, die dem Meßergebnis entspricht, ausschaltbar ist.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 an Kameraobjektiven, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Wandler, welche objektseitig einer bestimmten | Raumtiefe entsprechen so gewählt sind, daß die Tiefe dieser Räume kleiner oder gleich dem Schärfentiefenbereich des Objektivs in der Einstellung der kritischesten Blende und Objektivbrennweite und der dem betreffenden Wandler zugeordneten Entfernungseinstellung ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 an Kameraobjektiven mit einer Einrichtung zur Bestimmung des Schärfentiefenbereiehes des Objektivs, dadurch gekennzeichnet, daß den dem Schärfentiefenbereich entsprechenden Zonen des Empfängers

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ein anderes Ausgangs signal zugeordnet ist als den einem Bereich außerhalb der Schärfentiefe zugeordneten Zonen des Empfängers, beispielsweise des Wertes O gegenüber einem vorgegebenen Wert, und daß eine Einrichtung zur Verstellung der Zonen entsprechend dem Schärfentiefenbereich des Objektivs vorgesehen ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Wandler längs der Schnittlinie der Bildebene des Abbil dungssystems des Empfängers und der durch die Achsen von Sender und Empfänger bestimmten Ebene verschiebbar angeordnet und durch die Schärfentiefenmeßeinrichtung so verstellbar sind, daß die beiden Wandler den dem Schärfentie fenbereich des Objektivs benachbarten Bereichen entsprechen.

17. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß vor einem Wandler zwei Blenden vorgesehen sind, welche durch die Schärfentiefenmeßeinrichtung verstellbar sind, wobei die erste Blende entsprechend der vorderen Grenze, die zweite Blende entsprechend der hinteren Grenze des Schärfentiefenbereiches verstellbar ist und die Fläche des Wandlers somit dem Schärfentiefenbereich des Objektivs entspricht.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender eine Gasentladungslampe ist.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dal; der Sender eine Halbleiterluminiszenz-Diode, z.B. eine Ga As-Diode ist.

009840/1U7

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