УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ФОКУСИРОВКИ ОБЪЕКТИВА Российский патент 1995 года по МПК G02B27/16 G03B13/36 

Изобретение относится к оптико-механической промышленности и может быть использовано в фото-, кино- и видеотехнике, а более конкретно в системах с автоматической фокусировкой объектива.

Известны устройства для определения плоскости наилучшей установки объектива, содержащие осветительную систему, фокусируемый объектив с блоком управления и анализирующую систему, выделяющую сигнал рассогласования между маркой и текущим положением фокальной плоскости объектива [1]
Однако в таких устройствах возникает неоднозначность трактовки сигнала рассогласования, так как неясно, что происходит: то ли дефокусировка, то ли децентровка системы.

Известны устройства, в которых осуществляется автоматическая наводка на рез-кость [2] Это активные системы с измерителем расстояния. В них имеются связанные с базовым объектом (камерой) излучатель сигналов, приемник, работающий по отраженным от снимаемого объекта сигналам, и блок обработки этих сигналов. Система основана на измерении расстояния по принципу инфракрасной пеленгации, т.е. посылают импульсные сигналы и измеряют время, прошедшее до получения эхо-сигнала.

Но эти устройства имеют невысокую точность фокусировки при больших дистанциях съемки и практически применимы для расстояний не более 6 м. При использовании их возникают огромные трудности, связанные с измерением интервала времени прохождения светом какого-либо отрезка.

Наиболее прогрессивны системы автофокусирования, работающие на ультразвуковых импульсных сигналах, они имеют гораздо меньшую скорость распространения и позволяют измерять временные интервалы более простыми средствами.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для автоматической фокусировки объектива, содержащее два ультразвуковых излучателя и два ультразвуковых приемника, приемники установлены на базовом объекте [3]
Один из приемников вместе с соответствующим ему излучателем размещен в специальном отсеке базового объекта (камеры). Отсек связан с внешней средой через щелевые отверстия. Второй приемник расположен на фиксированном малом расстоянии от излучателя и выполняет функцию тест-объекта. Сигналы с приемников подаются на электронную схему устройства, которая включает измерители временных интервалов, логические и переключающие элементы и усилители. Электронная схема управляет следящим приводом, механически связанным с объективом.

Конструкция этого устройства обеспечивает более надежную фокусировку объектива, учитывая различные условия среды, благодаря учету влияния и в указанном отсеке температуры, влажности, давления и газового состава, совпадающих с аналогичными параметрами внешней среды. Однако эта конструкция не исключает погрешности, возникающие при измерении расстояния до объекта съемки, вследствие того, что отраженный сигнал получают от первого же препятствия, встретившегося на пути следования сигнала, и нет учета колебаний воздуха (ветра).

Предложенное техническое решение позволяет автоматически устанавливать и удерживать объектив в положении наилучшей фокусировки с учетом указанных погрешностей.

Для получения этого технического результата в устройство автоматической фокусировки объектива, содержащее ультразвуковой излучатель, связанный с базовым объектом, тест-объект и два ультразвуковых приемника, а также электронную схему обработки информации с измерителями временных интервалов, управляющую следящим приводом фокусировки, механически связанным с объективом, дополнительно введены излучатели электромагнитной энергии, один из которых связан с тест-объектом, а другой с объектом съемки, и соответственно им приемники электромагнитной энергии, установленные на базовом объекте и воспринимающие сигналы от соответствующего электромагнитного излучения. При этом один из ультразвуковых приемников установлен на объекте съемки, а другой на тест-объекте. В электронную схему обработки информации введены схема выделения ошибки с опорным источником и сумматор, подключенный первым входом к выходу измерителя временных интервалов, R-вход которого соединен с выходом приемника электромагнитной энергии, работающего по сигналу с объекта съемки, S-вход с ультразвуковым излучателем и S-входом другого измерителя временных интервалов, R-вход которого подключен к приемнику электромагнитной энергии, работающему по сигналу с тест-объекта, а выход через схему выделения ошибки к второму входу сумматора, выходом соединенного со следящим приводом фокусировки, при этом тест-объект установлен на фиксированном расстоянии перед базовым объектом в пределах диапазона измерения дальности.

На чертеже изображена принципиальная блок-схема устройства для автоматической фокусировки объектива, в которой используется принцип измерения расстояния (дальности) до объектов съемки.

Схема содержит базовый объект 1 (кино-, фото- или телекамера), с которым связан ультразвуковой излучатель 2, приемники 3, 4 электромагнитной энергии, электронную схему 5 обработки информации, включающую измерители 6, 7 временных интервалов, схему 8 выделения ошибки и сумматор 9, а также следящее устройство 10 управления фокусировкой (следящий привод), состоящее из схемы сравнения 11, усилителя мощности 12, исполнительного двигателя 13 и датчика положения 14, и объектив 15, механически связанный с исполнительным двигателем 13. Кроме того, блок-схема включает тест-объект 16, на котором установлены ультразвуковой приемник 17 и излучатель 18 электромагнитной энергии, и объект съемки 19 с размещенными на нем ультразвуковым приемником 20 и излучателем 21 электромагнитной энергии.

Следует отметить, что излучатели могут быть установлены вне объектов и связаны с ними интерфейсом.

Устройство работает следующим образом. Ультразвуковой излучатель 2 (УЗ-излучатель) посылает в пространство УЗ-сигналы в направлении объекта съемки 19 и тест-объекта 16. Сигнал воспринимается УЗ-приемниками 17, 20. При приеме сигнала включаются излучатели 18, 21 электромагнитной (ЭМ) энергии. Каждый излучатель посылает в направлении базового объекта 1 ЭМ-сигнал, который воспринимается соответствующим ЭМ-приемником 3, 4, связанным с базовым объектом. Принятые сигналы преобразуются в электрические. Электрические сигналы, соответствующие расстояниям до объекта съемки 19 и тест-объекта 16, поступают в блоки 6, 7 измерения временного интервала. По этому сигналу происходит установка их счетчиков времени, запущенных УЗ-излучателем 2. Полученное со счетчиков время прохождения описанных сигналов преобразуется в расстояние, соответствующее расстоянию от измерительной плоскости базового объекта 1 до объектов-ответчиков 16, 19. Результаты измерений поступают соответственно в схему 8 выделения ошибки, где сравниваются с опорным напряжением, и в виде ошибки расстояния ±ΔL подаются на вход сумматора 9, на второй вход которого поступает сигнал L_x в виде расстояния от базового объекта 1 до объекта съемки 19. Напряжения U_ΔL и U_Lx суммируются, и результирующая (истинное расстояние) подается на следящее устройство 10 управления фокусировкой объектива 16, связанного с двигателем 13 устройства через редуктор.

Устройство может осуществлять съемку нескольких объектов. Для этого аналогично описанному в устройство следует ввести по числу снимаемых объектов УЗ-приемники, ЭМ-излучатели, ЭМ-приемники и блоки обработки полученных сигналов от объектов съемки. Селекция объектов съемки осуществляется путем разнесения рабочих частот ЭМ-излучателей и соответствующих им ЭМ-приемников.

При изготовлении устройства можно, например, использовать: УЗ-излучатель, работа которого основана на колебаниях мембраны, например, из пьезокерамики типа ЦТС-19; УЗ-приемник на основе пьезопластины ЦТС-19; ЭМ-приемник фотодиод ФД1, ЭФ-излучатель АЛ123А. Измеритель временного интервала выполняется в виде счетчика импульсов ИЕ 14, схема выделения ошибки в виде схемы сравнения на основе компаратора К554СП2, сумматор в виде операционного усилителя КР544УД1, следящий привод выполняется по стандартной схеме.

Изложенный пример конкретного выполнения заявляемого объекта является доказательством промышленной приме- нимости устройства.

Изобретение позволяет повысить точность, надежность системы автофокусировки при работе в различных условиях среды, что приводит к повышению потребительских свойств оптической аппаратуры.

Использование: оптико-механическая промышленность. Сущность изобретения: в устройстве ультразвуковой излучатель 2 посылает в пространство сигналы в направлении объекта съемки 19 и тест-объекта 16. Сигнал воспринимается приемниками 17 и 20. При приеме сигнала включаются излучатели 18, 21 электромагнитной энергии. Каждый излучатель посылает в направлении базового объекта 1 сигнал, который воспринимает соответствующий приемник 3, 4. Принятые сигналы преобразуются в электрические, соответствующие расстояниям до объекта съемки 19 и тест-объекта 16. Эти сигналы поступают в блоки 6, 7 измерения временного интервала. По этому сигналу происходит остановка их счетчиков времени, запущенных излучателем 2. Полученное со счетчиков время прохождения сигналов преобразуется в расстояние, соответствующее расстоянию от измерительной плоскости базового объекта 1 до объектов-ответчиков 16, 19. Результаты измерений поступают на первый вход сумматора 9 в схему 8 выделения ошибки, где сравниваются с опорным напряжением и в виде ошибки расстояния подаются на второй вход сумматора 9. Напряжения суммируются и их результирующая подается на следующее устройство 10 управления фокусировкой объектива 15. 1 ил.

УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ФОКУСИРОВКИ ОБЪЕКТИВА, содержащее ультразвуковой излучатель, связанный с базовым объектом, тест-объект и два ультразвуковых приемника, а также электронную схему обработки информации с измерителями временных интервалов, управляющую следящим приводом фокусировки, механически связанным с объективом, отличающееся тем, что в него дополнительно введены излучатели электромагнитной энергии, один из которых связан с тест-объектом, а другой с объектом съемки, и соответственно им введены приемники электромагнитной энергии, установленные на базовом объекте и воспринимающие сигнал от соответствующего излучателя электромагнитной энергии, при этом один из ультразвуковых приемников установлен на объекте съемки, а другой на тест-объекте, а в электронную схему обработки информации введены схема выделения ошибки с опорным источником и сумматор, подключенный первым входом к выходу измерителя временных интервалов, R-вход которого соединен с выходом приемника электромагнитной энергии, воспринимающего сигнал с объекта съемки, S-вход с ультразвуковым излучателем и S-входом другого измерителя временных интервалов, R-входом подключенного к приемнику электромагнитной энергии, воспринимающего сигнал с тест-объекта, а выходом через схему выделения ошибки соединенного с вторым входом сумматора, выходом соединенного со следящим приводом фокусировки, при этом тест-объект установлен на фиксированном расстоянии перед базовым объектом в пределах диапазона измерения дальности.