Устройство для фокусировки объектива Советский патент 1984 года по МПК G03B3/00 

Изобретение относится к фотоаппаратуре, а именно к фотоаппаратам с автоматической или полуавтоматической фокусировкой объектива, а также может-быть использовано в других уст ройствах, где требуется фокусировка объектива по объекту произвольной формы. Известно устройство для фокусиров ки объектива, использующее дальномерньй принцип фокусировки, в двухосном дальномере которого расположен две линейные матрищ 1 фотоприемников на которые проектируется изображение из двух ветвей дальномера. В одной из ветвей располагается качающееся зеркало, которое при фокусировке объектива движется до тех пор, пока изображение на обоих матрицах фотоприемников не будет идеитичным .flj. Применение подвижного элемента .(зеркала/ для совмещения изображений усложняет устройство фокусировки и делает его практически неприменимым в однообъективных зеркальных камерах Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство для фокусировки объектива, содержащее фокусируемый объектив, визирное устройство, отражающее зеркало, светоделительньй элемент, установленный вблизи плоскости, сопряженной с плоскостью фокусировки объектива, и образующий два оптических канала, в каждом из которых установлен многоэлементный светоприемник, а также блок обработки сигнал с компараторами, на выходе которого включено устройство индикации .положения точной фокусировки. Основной частью устройства является плоскопараллельная пластина, имеющая све- трделительную поверхность и служащая дпя получения двух изображений, кото рые сдвинуты друг относительно друг по оптической оси на определенное расстояние. Два изображения попадают на две линейки фотоприемников, сигналы с которых используются для определени и индикации положения точной фокуси ровки. Принцип фокусировки основан на анализе контраста изображения, полу ченного объективом. В этой системе осуществляется сравнение сигналов (находятся их разницы I с двух расположенных рядом в каждой линейке свето- приемников, а затем разностные сигналы суммируются для получения контрастного выходного сигнала. В момент точной фокусировки светоприемники располагаются по обе стороны отплоскости пленки ( или другой сопряженной с ней плоскости). При этом выходные сигналы с каждой линейки светоприемников должны уравниваться Г2. Недостатком известного устройства является невысокая точность, связанная с ограниченной светосилой, величина которой обусловлена применяемой плоскопараллельной пластиной, а также малым полем зрения.по вертикали из-за использования узких линеек светоприемников, которые исключают фокусировку по объектам, изображение границы которых проектируется вдоль линейки приемников. Целью изобретения является повышение точности работы устройства для фокусировки объектива путем повышения светосилы и поля зрения фокусирующей системы. Указанная цель достигается тем, что в устройство для фокусировки объектива, содержащее фокусируемый объектив, визирное устройство, отра- жакяцее зеркало, светоделительньй элемент, установленньй вблизи плоскости, сопряженной с плоскостью фокусировки объектива, и образующий два оптических канала, в каждом из которых установлен многоэлементньй светоприемник, а также блок обработки сигнала, с компараторами, на выходе которого включено устройство индикации положения точной фокусировки, введена оборачивающая оптическая система, расположенная в одном из оптических каналов за светоделительным элементом, плоскости изображения за которым расположены на равном расстоянии от плоскости деления и сопряжены с плоскостью фокусировки съемочного объектива, совмещенной с предметной плоскостью оборачивающей оптической системы, в плоскости изображения которой расположен многоэлементньй свето- приемник, причем соответствующие элементы каждого многоэлементного светоприемника попарно подключены к блоку обработки сигнала. С целью уменьшения габаритов устройства при использовании двух многоэлементных светоприемников, располрженных на одной подложке, оборачивающая система выполнена в виде призменного блока с тремя отражаю- 1ДИМИ гранями, на входной и выходной гранях которого установлены линзы. В блоке обработки сигналов элементы многоэлементных светоприемников попарно подключены к входам компараторов, выходы которых соединены с входом введенного блока И, выходом связанного с индикатором, В другом варианте выполнения электрической схемы выходы компараторов подключены к входу введенного сумматора, выход которого через вве- денньш дополнительный компаратор подключен к индикатору. На фиг.1 приведена принципиальная схема зеркального фотоаппарата с уст ройством дпя фокусировки объектива; на фиг.2 - оптическая схема, поясняющая принцип работы устройства; на фиг.З и 4 - ориентации площадок пер- вого и второго многоэлементных свето приемников,содержащих по 9 элементов по отношению к изображениям объектов на и 6 - ориентации площадок первого и второго многоэлементных светоприемников, содержащих по 6 эле ментов, по отношению к изображениям объектов; на фиг.7 -структурная элект рическая схема устройства полуавтома тической системы фокусировки;на фиг. то же, второй вариант выполнения; на фиг.9 - электрическая схема блока для определения абсолютных разностей сигналов, Оптическая схемазеркального фото аппарата с устройством фокусировки включает фокусируемый объектив 1 и расположенные вдоль оптической оси объектива визирное устройство 2,вы полненного в центральной части полупрозрачным, дополнительное зеркало 3 полупрозрачную светоделительную деталь, выполненную, например, в виде кубика 4, оборачивающую оптическую систему 5 в виде двух линз с призмами 6 и 7, коллектив .8, светоприемники 9 и 10, диафрагмя 11 и 12 перед светоприемниками 9, 10, расположенные в плоскости, сопряженной с плоскостью кадрового окна 13 фотокамеры. Оптическая схема визира содержит зер кало 2, коллективную линзу 14, пента призму 15, окуляр 16, В поле зрения визира введено устройство 17 индикации (например, в виде светодиода). Многоэлементные светоприеьиики 9 и 10 соединены с электронной схемой 18 фокусировки, которая управляет устройством 17 индикации. Для автоматической фокусировки объектива 1 в камеру вводится блок 19, содержащий электродвигатель, электронную схему управления и привод, соединяющий электродвигатель с объективом 1,При полуавтоматической фокусировке блок 19 отсутствует. Все устройство фокусировки и система визирования расположены в корпусе 20, содержащем такжефотозатвор 21, например, фокальный. Структурная схема электронного блока 19 содержит связанные с элементами 22 и 23 соответственно светоприемников 9 и 10 компараторы 24, выходы которых подключены к схеме 25 1,( схема И или И-НЕЛ , соединенной с блоком 26 (схема И или И-НЕ, связанным через сопротивление 27 с индакатором 17 в виде светодиода. В другом варианте построения структурной электронного блока 19 элементы 22 и 23 подключены к схе- мам 28, связанным с сумматором 29, клход которого соединен с двухпороговым компаратором 30, состоящим из резисторов 31-33, операционных уси лителей 34 и 35 и умнсжнтеля 36, с выхода которого сигнал подается на блок 26, связгшньй через сопротивггение 27 со светодиодом 17. Устройство работает следующим образом. При установке объектива 1 по шкале (не показaHoJфотокамеры на дистанUfiso fd) бесконечность изображения у и У. удаленного предмета размером у строятся в плоскостях установки диафрагм П и 12 сопряженных с плоскостью кадрового окна 13 с помощью отражающей поверхности кубика 4, При этом в одном из каналов изображение У . форьшруетсл непосредственно на элементах многоэлементного светоприемника 9, в другом канале оборачивающая оптическая система 5 дает изображение у промежуточного изображения предмета У в плрскости установки многоэлементного светоприемника 10. При перемещении предметаиз бесконечности на ближнюю дистанцию d его размер Yd} его изображение при ом же положении объектива 1 будет

на расстояйии Л от первоначального {размер Уа и-уЦ }). Оборачввахяцая система 5 дает изображение предмета Уа в увеличенном масштабе на расстоянии /lofeopOT первоначального V.Оборачивающая оптическая система 5 дает линейное увеличение, равное 1 {однако оно может быть и не равным I тогда размер элементов светоприеьгника 10 должен быть пропорционально изменен/. Ери увеличении, равном 1, обррачиваияцая оптическая система 5 установлена на расстоянии 2 f jr от НПО око сти уст ановки диафрагьол 12 (Гд передний фокус системы,fg задний I фокус).

При выдвижении объектива 1 но направлению к предмету Ус/ на величину Д фокусировки объективау его изображение проходит в плоскости установки диафрагм 11 и 12 и, следовательно, на поверхности светоприемНИКОВ 9 и lOi При этом размеры изображений на 9 и 10 становятся равными При расфокусированном изображенин на светоприемниках 9 и 0( d размеры не равны друг другу. Изобра-. жение у d больше изображения V Я . Это получается из-за применения оборачивающей системы 5 в одном из каналов. На этом свойстве неравенства изображенин и основан принцип данной системы фокусировки,

В данной системе фокусировки попарно сравниваются сигналы всех эле- ментов, например фотодиодов, первого 9 и второго 10 многоэлементных све- топриемников, что позволяет фокусировать систему на объекты произвольной формы, например, решетку или объек тивы другого типа. Если изображения предмета получаются в плоскостях установки днафрагм 11 и 12, то освещенности всех соответствующих точек плоскостей 11 и 12 оказываются равными, что говорит о точной фокусировке объектива 1, Если объектив 1 не сфокусирован на предмет, то размеры изображений, получаемых на многоэлементных светоприемниках 9 и 10, не равны и освещенности соответствующих точе изображения также не равны.

Поскольку в устройстве используется оборачиванщая оптическая система 5, то изображение на многоэлементном светоприемнике 9 перевернуто относительно изображения на светоприемнике 10. Поэтому схему соединения пар

светоприемников 9 и 10 должна соответствовать фиг,3, где показан вид на них со стороны светочувствительной поверхности. Одинаковыми цифрами обозначены те ячейки, которые попарно сравниваются, например, ячейка 1 на множестве 4 должна сравниваться с ячейкой 1 на множестве 5.

Многоэлементные светоприемники 9 и 10 могут, например, состоять из 9 элементов и В.-Вд соответственно, расположенных по горизонтальным и вертикальным линиям. Они могут быть расположены по-другому, например на равных расстояних от оптической оси начала координат XY, В этом случае они могут содержать, например, по 6 элементов в каждом светоприемнике, С.|-Сб и соответственно. Объект произвольной формы - это элементы а, б, в, г, д.

Если изображение не сфокусировано в плоскость многоэлементного светоприемника 9, то на элементы . попадает часть изображения ( заштрихованные зоны от элементов а, б, в, г, уменьшенном масштабе. На элементы светоприемника ГО попадают части изображения а, б, в, г, д в увеличенном масштабе. При этом освещенности каждого из элементов пары (, , СЗ-БЗИТ,Д,) неодинаковы из-за разной величины изображения на двух многоэлементных светоприемниках 9 И 10.

В положении, когда объектив I наведен на объект съемки, величины элементов изображения (а, б, в, г, д) на элементах С -Cg и D -Dg светоприемакков 9 и 10 уравниваются и их взаимное расположение становится полностью идентичным, что и определяе момент точной фокусировки.

Структурная электронная схема блока 18 с индикатором 17 для полуавтоматического устройства фокусировки может быть выполнена, например, следующим образом. Первый многозлементный светопрнемник 9 состоит из шести элементов .(фотоприемных устройств 22, фотодиода с операционным усилителем. Второй многоэлементный светоприемник 10 состоит из таких же шести элементов 23,

Сигналы с двух соответствующих по изображению фотоприемных устройств 22 W 23 подаются на вход одного из шести компараторов 24, Выходы компараторов 24 подключены к схеме 25 (схема И; или Кг-Ш.), В том случае если все сигналы, подавае вле на входы компараторов 24, совпадают (момент точной фокусировки, на входах комнараторов 24 будет шесть одинаковых сигналов и схема 25 сработает, подав сигнал на вход блока 26 ( схема И или И-НЕ/, который включит через сопротивление 27 индикатор 17 в виде светодиода т.е. в момент точной фокусировки загорится световой сигиач от индикатора 17 в поле .зрения визира фотокамеры. В другом варианте построения электронной схеьш фотоприем1ые устройства 22 и 23 подключаются к схемам 2В,в которых формируются абсолютиые значения разности сигналов с фотоприемных устройств. Затем все шесть разностей складьгваются в сумматоре 29, с выхода которого, сигнал подается на двухпороговьй компаратор 30, состоящий из резистороб 31-33, операционных усилителей 34 л 35 и умножителя 36 (i схема И или ), Сигнал с выхода 36 подается,как и в предыдущей схеме, на блок 26 и через сопротивление на иццикатор 17 в виде светодиода. Схема для формирования абсолютных значений разности сигналов 28 состои из резисторов , операционных усилителей ОУ I, ОУ 2, ОУ 3 и диодов Д1 и Д2, Разница между двумя сигналами, прошедшими через сопротивление RQ, формируется усилителем ОУI, . а абсолютное значение разницы получается в цепи, состоящей из ОУ2 и ОУЗ и диодов Д1 и Д2 и резисторов . Схема 30 настроена так, что сигнал на зажигание светодиода индикатора 17 подается тогда, когда разности сигналов со схемы 28 минимальны, т.е. изображения на светоприемниках 9 и 10 идентичны. Использование данной систе В11 фокусировки целесообразно в однообъективных зеркальных камерах, где применяются сменные объективы, при этом для автоматически фокусировки объектива целесообразно о(;ъектив двигать всегда из одного пожикения, например, сортветствукя его дисташщн бескоыеч- ность, так как в схеме №& определяется знак расфокусировки. Стопорение подвижки объектива должно {фсжсходить в тот момент, когда загорлется световой индикатор. Введение в одаш иэ каналов устройства фокусировки оптическсй обс ачивахяцей еястемы нспояьзовшаш светодетгательного элемента, шюскости нзобрахешга за располобкены на равном расстояшга .от шюскостн делею1я, позволяет повысить точность фокусировки за счет щрФнщняа сравнения двух нэс ра&еннй, не рашык по размеру при расфокусировках н шмшостыо ндентнчшес п точной кус1фовке. За счет увепнче1ШЯ светосжш н поля система |вагаемое устройство позволяв } такя% нспояьэовать . в фотокамере сменные о1йьектнвы практнческн любой светосишл.

17

15

Фыг.З

ut

(put.5

Фиеб

1. УСТРОЙСТВО ДПЯ ФОКУСИРОВКИ ОБЪЕКТИВА, содержащее фокусируемый объектив, визирное устройство, отражающее зеркало, светоделительный элемент, установленный вблизи плоскости, сопряженной с плоскостью фокусировки объектива, и образуншщй два оптических канала, в каждом из которых -установлен многозлементный свето приемник, а также блок:обработки сигнала с компараторами, на выходе которого включено устройство индикации положения точной фокусировки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности фокусировки, в него введена оборачивающая оптическая система, расположенная в одном из оптических каналов за светоделительным элементом, плоскости изображения за которым расположены на равном расстоянии от плоскости деления и сопряжены с плоскостью фокусировки съемочного объектива, совмещенной с предметной плоскостью оборачивающей оптической система, в плоскости изображения которой расположен многоэлементный светоприемник, причем соответствукшше элементы каждого многоэлементного светоприемника попарно подключены к блоку обработки сигнала. . 2.Устройство по п., о т л и чающееся тем, что, с целью уменьшения его габацжтов, оборачивающая система выполнена в виде призменного блока с тремя ртражаккцкми гранями, на входной и выходной гранях которого установлены линзы, 3.Устройство по п.1, отличающееся тем, что в блоке обработки сигналов элементы шюгоэлементных светоприемников попарно подключены к входам компараторов, выходы которых со гдинеяы с входом введенного блока И, выходом связанного 00 с индикатором. о 4.Устройство по пп. 1, и 3, о; т 00 личающееся тем, что выходы 53 компараторов подключены к входу введенного сумматора, выход которого через введеншой дополнительный компаратор подключен к индикатору.