Устройство для автоматической фокусировки объектива Советский патент 1985 года по МПК G03B3/00 

пителя подключен к второму входу передающей телевизионной трубки через блок автоматической регулировки усиления, передающая телевизионная трубка вьшолнена с накоплением заряда.

а узел сдвига изображения выполнен в виде вибрирующего зеркала, расположенного в ходе оптических лучей между светоделителем и передающей телевизионной трубкой.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ФОКУСИРОВКИ ОБЪЕКТИВА, содержащее установленные по ходу луча связаийый с приводом объектив, узел сдвига изображения, связанный с автономным приводом, и передающую телевизионную трубку, а также видеоусилитель, блок разверток, первый ключ, второй ключ, дешифратор, схему сравнения, пиковый детектор, фильтр высокой частоты, регистратор, причем выход схемы сравнения соединен с входом привода объектива, выход передающей телевизионной трубки соединен с входом фильтра высокой частоты через видеоусилитель а выход блока разверток соединен с первым входом передающей телевизионной трубки, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности фокусировки в широких диапазонах изменения яркости и контраста объекта съемки, в него введены генератор, первый, второй, третий и четвертьй ждущие т- ультивибраторы, счетчик-делитель, двухпплупериодньй вьтрямитель, логаp(iv:.at., дополнительный ключ, первый и второй блоки запоминания, блок автоматической регулировки усипения и светоделитель, расположенный на оптической оси между объективом и узлом сдвига изображения и отклоняющий часть лучей на регистратор, при этом выход генератора соединен с входом блока разверток, входом счетчикаделителя, с первым входом дешифратрра и входом третьего ждущего мультивибратора, выходом подключенного к второму входу де яифратора через четвертый ждущий мультивибратор, второй выход блока разверток соединен с третьим входом дешифратора через соединенные последовательно первый vO и второй ждущий мультивибраторы, выход Ультра высокой частоты соединен с первым входом дополнительного ключа через соединенные последовательно двухполупериодный вьтрямитель и логарифматор, первый выход дешифратора подключен к второму входу дополнительного ключа, выходом соединенного с первым входом пикового детектора, СП выход которого подключен к первым i входам первого и второго ключей, второй и третий выходы дешифратора соео динены с вторыми входами первого и второго ключей соответственно, выхо- ды которых подключены к соответствующим входам первого и второго блоков запоминания, выходами соединенных с соответствующими входами схемы сравнения, при этом разрядные выходы счет чика-делителя соединены с соответствующими входами дешифратора, четвертый выход которого соединен с вторым .входом пикового детектора, пятый выход дешифратора соединен с входом автономного привода, выход.видеоуси

Изобретение относится к оптикоэлектронньи системам, предназначенным для ocyщecтвлeJfия автоматической фокусировки объективов, и может быть использовано в приборах, где требуется автоматическое получение во время съемки резкого изображения объекта.

Известно устройство автоматической фокусировки объективов, которое содержит расположенные последовательно в ходе лучей фокусируемый объектив, светоделитель, волоконно-оптическую шайбу со ступенчатым входньтм торцом и диссектор t JПлощадки входного торца волоконнооптической шайбы расположены симметрично относительно плоскости, сопряженной с плоскостью фотоматериала. Таким образом, диссектор сканирует предфокальное и зафокальное изображение объекта съемки. Сутцественным недостатком этого устройства является то, что диссектор сканирует предфокальное и зафокальное изображения разных участков объекта, что в случае произвольных по конфигурации и контрасту объективов приводит к существенным ошибкам в фокусировке объектива. К недостаткам этого устройства следует отнести также малый диапазон яркостей объекта съемки, в котором Otto оказывается работоспособным.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство автоматической фокусировки объектива, содержащее фокусируемый объектив, привод объектива, узел сдвига изображения в виде стеклянных пластин разной толщины, собранных в одной оправе и вращающихся относительно общего центра симметрии с определенной частотой, привод узла сдвига изображения, передающую телевизионную трубку, видеоусилитель, блок раз-верток, первый ключ, второй

ключ, дешифратор положения узла сдвига изображения, схему сравнения, пиковьй детектор, фильтр высокой частоты и регистратор, причем выход схемы сравнения соединен с входом привода фокусируемого объектива, выход передающей телевизионной трубки соединен с входом фильтра высокой частоты через видеоусилитель, а выход блока разверток соединен с входом передающей телевизионной трубки. Принцип работы устройства основан на дифференциальном сравнении степени резкости равноудаленных от плоскости изображения объекта, формируемого фокусируемым объективом. В качестве анализатора резкости изображений используется передающая телевизионная трубка, которая преобразует освещенность на ее фотокатоде в переменный электрический сигнал, обрабатываемый электронной схемой, выделяющей сигнал для управления приводом объектива в соответствии с величиной и знаком расфокусировки 2.

Недостатком устройства является ухудшение качества изображения, формируемого объективом, из-за наличия плоско-параллельной пластинки, установленной в сходящемся пучке лучей, а также из-за искажений, вносимых пластинами узла сдвига, имеющими различную толЕснну (или при равной толщине различные показатели преломления) . Таким образом, известное устройство автоматической фокусировки анализирует различные по качеству изображения даже в том случае, когда фокусируемый объектив в процессе фокусировки установлен в правильное положение. Это приводит к появлению трудно устранимой систематической погрешности в фокусировке.

Цель изобретения - повьшение точности фокусировки в широком диапазоне изменения яркости и контрастности объекта съемки. Указанная цель достигается тем, что в устройство автоматической фокусировки объектива, содержащее установленные по ходу связанный с приводом объектив, узел сдвига изображения, связанный с автономным приводом, и передающую телевизионную трубку, а также видеоусилитель, блок разверток, первый ключ, второй ключ, дешифратор, схему сравнения, пиковьв детектор, фильтр высокой частоты и регистратор, причем выход схемы сравнения соединен с входом привода объектива, выход передающей телевизионной трубки соединен с входом фильтра высокой частоты через видеоусилитель, а выход блока разверток соединен с первым входом передающей телевизионной трубки, введены генера тор, первый, второй, третий и четвер тый ждущие мультивибраторы, счетчикделитель, двухполупериодный выпрямитель, логарифматор, дополнительный ключ, первый и второй блоки запоминания, блок автоматической регулиров ки усиления и светоделитель, располо женный на оптической оси между объек тивом и узлом сдвига изображения и отклоняющий часть лучей на регистратор, причем вькод генератора соедине с входом блока разверток, входом сче чика-делителя, с первым входом деиифратора и входом третьего ждущего мультивибратора,выходом подключснного к второму входу дешифратора через четвертьш ждущий мультивибратор, второй выход блока разверток соединен с третьим входом дешифратора через соединенные последовательно первьпЧ и второй ждущий мультивибраторы, выход фильтра высокой частоты соединен с первым входом дополнительного ключа через соединенные последовательно двухполу периодньй вьтрямитель и логарифматор . первый вькод дешифратора подключен к второму входу дополнительного ключа, вы5{одом соединенного с первым входом пикового детектора, выход ко торого подключен к первым входам первого и второго ключей, второй и третий дькоды дешифратора соединены с вторыми входами первого и второго$5 ключей соответственно, выходы которых подключены к соответствующим входам первого и второго блоков запоминания, выходами соединенных с соответствующими входами схемы сравнения, при этом разрядные выходы счетчика-делителя соединены с соответствующими входами дешифратора, четвертьй выход которого соединен с вторым входом пикового детектора, пятый выход дешифратора соединен с входом автономного привода, выход видеоусилителя подключен к второму входу передающей телевизионной трубки через блок автоматической регулировки усиления, передающая телевизионная трубка выполнена с накоплением заряда, а узел сдвига изображения выполнен в виде вибрирующего плоского зеркала, расположенного в ходе оптических лучей мезвду светоделителем и передаклцей телевизионной трубкой. На фиг. t представлена блок-схема устройства автоматической фокусировки; на фиг. 2 - форма сигнала на выходе генератора; на фиг. 26 и .Ъ форма сигнала на разрядных выходах счетчика-делителя на четыре; на фиг. 2i -форма сигнала на выходе 4-го ждущего мультивибратора; на фиг. 23, 2е, 2, 2J- и 2и показана форма сигналов на первом, втором, третьем, четвертом и пятом выходах дешифратора соответственно. На фиг„3, показаны строчные импульсы, поступающие на вход ждущего мультивибратора; на фиг. 35 - форма сигнала на выходе первого-ждущего мультивибратора; на фиг. Зв - форма сигнала на выходе второго ждущего мультивибратора . Устройство автоматической фокусировки объектива содержит следуюоще узлы и блоки: фокусируемый объектив t, механически соединенный с приводом 2, светоделитель 3, формирукщий изображение объекта совместно с фокусируемым объективом 1 на светочувствительной поверхности регистратора 4 (не показана); узел 5 сдвига изображени, представляющий собой зеркало, совершаиицее возвратнопоступательное движение с помощью привода 6, при этом привод 6 узла 5 сдвига изображения может быть выполнен с виде электромагнитного механизма или электроакустического преобразователя, на подвижном элементе которого укреплено плоское зеркало: передающую телевизионную трубку 7, вьтолненную с накоплением заряда; видеоусилитель 8, предназначенный для усиления слабого сигнала, снимаемого с передающей телевизионной трубки 7, и получения сигнала, используемого в блоке автоматической регулировки усиления 9, введенного в устройство для расширения рабочего диапазона яркостей объекта съемки; фильтр 10 высокой частоты, подключенный к вькоду видеоусилителя 8 и пропускающий только высокочастотную составляющую сигнала, который после фильтра 10 высокой частоты вьтрямляется с помощью двухполупериодного выпрямителя 11, логарйЛЫируется в логарифмг1тор€ 12, введеинрм в устройство для расширения даапазо- на изменения контраста объектов съемки, и подается через дополнительный ключ 13 на первый вход пикового детектора 14; первый ключ 15 и вторйй ключ 16, предназначенные для коммутации вькода пикового детектора 14 с входами первого блока 17 и второго блока 18 запоминания, выходы которых соединены с соответствующими входами схемы сравнения 19, выходной сигиал которой управляет приводом 2, пеbвмещающим в процессе фркусировки объектив 1 вдоль оптической оси. Устройство также содержит блок раэВерток 20, включающий в себя два генератора (не показаны) кадровых и строчных импульсов, которые обеспечивают кадровую и строчную развертки в передающей телевизионной трубке 7 при сканировании изображения, первый 21, второй 22, третий Л и четвертый 24 ждущие мультивибрато кл,генератор 25 импульсов, который совместно со счет чйком-делителем 26 и дешифратором 27 используется для синхрониза щи работы всех блоков устройства. Ча:стота генёратра 25 составляет 50 Гц. Для работы устройства необходимо обеспечить при любом положении зерка ла узла 5 сдвига изоСражения считывание передающей телевизионной трубкой 7 нескольких кадров. Так как передающая телевизионная трубка выполнена с накоушением заряда, то первый кадр используется для накопления заряда, а второй кадр - для считывания изображения. Поэтому в случае исполь зования передающей телевизионной тру ки 7 с накоплением заряда при анализ качества изображения по всему кадру достаточно применить счетчик-делитель 26 с коэффициентом деления, равным четырем. Генератор 25 импульсов подключен к входу блока разверток 20, к первому входу дешифратора 27, к входу счетчика-делителя 26 и через третий ждувщй мультивибратор 23 и четвертый ждуищй мультивибратор 24, которые соединены последовательно, к второму входу дешифратора 27. Блок 20 также соединен с третьим входом дешифратора 27 последовательно через первый 21 и второй 22 ждущие мультивибраторы. Разрядные выходы счетчика-делителя 26 подключены к еоответствующйм входам дешифратора 27. Сигнал с первого выхода дешифратора 27 управляет работой дополнительного ключа 13. Сигналы с второго и третьего выходов дешифратора 27 управляют работой первого ключа 15 и второго ключа 16 соответственно. Сигнал, снимаемый с четвертого выхода дешифратора 27, обеспечивает разряд накопительного конденсатора (не показан) пикового детектора 14. Сигнал, снимаемый с пятого выхода . де11 ифратора 27, управляет работой привода 6 узла 5 сдвига изображения. Устройство работает следуюншм образом. Строчные импульсы (фиг. За) с блока разверток 20 запускают первый ждущий мультивибратор 21. Задний фронт выходного сигнала (фиг. 3 5) первого ждущего мультивибратора 21 запускает второй ждурщй мультивибратор 22, выходной сигнал (фиг. 38) которого поступает на третий вход деишфратора 27. Постоянные времени t, и f 2 первого и второго ждущих мультивибраторов 21 и 22 выбраны таким образом, чтобы их сумма была меньше временного интервала между импульсами, а постоя-нная времени ц, больше длительности строчного импульса. Выходной сигнал (фиг. Зв) второго ждущего мультивибратора 22 управляет работой дешифратора 27 таким образом, что.сигнал (фиг. 2(5) на первом выходе дешифратора 27, поступающий на вход дополнительного ключа 13, вырезает из видеосигнала строчные импульсы. Аналогично работают третий 23 и четвертый 24 ждущие мультивибраторы, вырезающие из видеосигнала кадровые импульсы. Сигнал (фиг. 2а) с генератора 25 поступает на вход счетчика-делителя 26, сигналы с разрядных выходов которого подаются на соответствующие входы дешифратора 27, Сигнал (фиг.2и с пятого выхода дешифратора 27 ляет работой привода 6, перемещающего зеркало узла 5 сдвига изображения таким образом, что передающая телевизионная трубка 7 сканирует предфокальное и зафокальное изображения объекта съемки в течеиие двух кадров каждое. Выходной сигнал (фиг. 2д} с первого выхода дешифрато ра 27 управляет работой дополнительного ключа 13 таким обра.зом, что он открыт только во время сканирования второго кадра в каждом Положении зеркала узла 5 сдвига изображения. Выходные сигналы (фиг. 2е и 2ж) с второго и третьего выходов дешифрато ра 27 управляют работой первого ключа t5 и второго ключа 16. Сигнал (фиг. 2с|) с генератора 25, поступающий на вход блока разверток 20, син хронизирует работу привода 6 узла 5 сдвига изображения и развертки таким образом, что сканирование первого кадра начинается одновременно с пере мещением зеркала узла 5 сдвига изображения из одного крайнего положения в другое. При сканировании первого кадра (например, предфокального изображения - фиг. 2) дополнительный ключ 13 закрыт и происходит накопление заряда на светочувствительной поверхности передающей телевизионной трубки 7 В конце первого кадра выходной сигнал (фиг. 23) с четвертого выхода дешифратора 27 разряжает накопительный конденсатор пикового детектора 14. При сканировании второго кадра дополнительный ключ 13 открыт кроме временных интервалов, когда присутст вуют строчные импульсы (фиг. 23) и максимальное значение высокочастотных составляющих видеосигнала регистрируется пиковым детектором 14. При сканировании следуюв его кадра (уже зафокального изображения) дополнительный ключ 13 закрыт, а первый ключ 15 открыт, что обеспечива148 ет запись максимального значения высокочастотных составляютдих видеосигнала в первый блок запоминания 17. В конце сканирования зтого же кадра происходит разряд накопительного конденсатора пикового детектора 14, затем (при сканировании следующего кадра) открывается дополнительный ключ 13, и максимальное значение вь сокочастотных составляющих .видеосигнала (для зафокального изображений) регистрируется пиковым детектором 14, Во время следунядего кадра открЬгвается второй ключ 16 и максимальное значение высокочастотных составляющих видеосигнала (для зафокального изображения) записывается во второй блок запоминания 18. Выходной сигнал схемы сравнения 19, которая сравнивает максимальные значения высокочастотных составляющих сигналов для предфокального и зафокального изображений, хранящихся в первом блоке запоминания 17 и втором блоке запоминания 18, поступает на привод 2, перемещающий объектив 1 в процессе фокусировки до тех пор, пока сравниваемые величины не станут равньвхш. Это соответствует тому, что изображение объекта сфокусировано на светочувствительной поверхности регистратора 4, в качестве которого могут быть использованы передакядая телевизионная трубка, фото- или кинопленка и другие светочувствительные материалы. Данное устройство автоматической фокусировки объектива обладает по сравнению с известнь 1и устройствами более высокой чувствительностью к дефокусировке, может работать в более широком диапазоне яркостей объектов съемки и в большем диапазоне изменения контраста объектов съемки. Кроме того, возможность изменения расстояния между плоскостями анализа изображения обеспечивает работоспособность данного устройства при использовании сменных объективов, имеющих различные расфокусировочные кривые.