Устройство для автоматической фокусировки объектива Советский патент 1992 года по МПК G03B3/10 

Изобретение относится к области фотокинотехники, конкретно к средствам автоматизации работы фотоаппаратов.

Известно устройство автоматической наводки на резкость, содержащее два канала дальномерной системы, фотоприемные устройства электрическую

схему управления и механизм перемеще ния объектива.

В устройстве плоскостью проекции изображения является поверхность интегральной схемы, на которой расположены два ряда фотодиодов по 52 в каждомо Каждая матрица считывает свое изображение и определяет его от3 11носительное смещение. Сигнал от фотодиода подается на усилитель считыва ния данного фотодиода и затем подвергается сравнению, s результате которого получается цифровой сигнал. По окончании периода интеграции сигналы обеих матриц сдвигаются относительно друг друга, для чего используются два фазовых динамических сдвиговых регистра,. Корреляционный максимум определяется при помощи вентиля™ Исключающее ИЛИ с подсчетом числа совпадающих сигналов,. После, выполнения всех корреляции выявляется цикл, давший наилучшее совпадение сигналов, которое соответствует определенному расстоянию наводки на резкость „ С выхода схемы обработки сигнала последний подается на механизм перемещения объектива, с тем, чтобы обеспечить точную наводку на резкостьНедостатками известного устройства для автоматической фокусировки является высокая сложность конструкции и и электронной схемы управления, обусловленная необходимостью г сравнения дискретных электрических сигналов, снимаемых с элементарных ячеек фотоприемных матриц. Наиболее близким, по технической сущности к изобретению является устройство для автоматической фокуси ровки, содержащее два входных канала дальномерной системы с последовательно установленными в каждом из них зеркалами, одно из которых сканирующее и .фокусирующими линзами, канал считывающего излучения, состо ящий из источника считывающего излучения оптически управляемых эле ментов, выполненных в виде стеклянных подложек с последовательно нане сенными токопроводящими и фоточувст вительными ХЛОЯМИ и слоя электроопт ческого материала, фотоприемника, в ход которого через электрическую сх му управления связан с механизмом перемещения объектива, и двух полупрозрачных зеркал, каждое из которы установлено между зеркалом и фокуси рующей линзой входных каналов, при этом одно полупрозрачное зеркало оптически сопряжено с источником считывающего излучения, а другое с фотоприемником S известуом устройстве изображе ния объекта, одно из которых подви 4 о, формируются на противоположных торонах преобразователя-оптического лемента, образованного совмещенными птически управляемыми элементами. При относительном перемещении зображений происходит постоянное зменение электрооптических свойств птически управляемых элементов, коорое регистрируется посредством исочника и приемника считывающег злучения при помощи системы от1 лоняющих полупрозрачных зеркал. Управляющий сигнал в устройстве вырабатьшается в результате динамической регистрации корреляции постоянно взаимно смещающихся изображений, бусловливающих изменение оптической плотности электрооптического .материала. При этом скорость смещения подвиж ного изображения ограничена из-за особенностей структуры электрооптического материала, и превышение скорости приводит к размытию и уменьшению разности результирующего изображения вследствие искажений в структуре электрооптического материала преобразователя, что снижает точность определения корреляционного максимума или минимума и, следовательно, точность работы устройства для автофокусировки объектива. Целью изобретения является повышение точности фокусировки объектива фотоаппарата. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для автоматической фокусировки объектива, содержащее два входных канала дальномерной системы с пос.педовательно установленными 8 каждом из них зеркалами и фокусирующими линзами, канал считывающего излучения, состоящий из источника считывающего излучения, оптически управляемых элементов, выполненных в виде стеклянных подложек с последова - тельно нанесенными токопроводящими и фоточувствительными слоями и слоя электрооптического материала, и фотоприемника, выход которого через электрическую схему управления связан с механизмом перемещения .объектива, при этом фокусирующие линзы оптически сопряжены с фоточувствительными слоями оптически управляемых элементов, введены отражающие элементы, установленные под углом к оптической оси каждого из входных каналов и оптически сопряжены с фокусирующими

линзами, а в оптически управляемые элементы введены диэлектрические отражающие слои, расположенные меж.ду фоточувствительным слоем и слоем электрооптического материала, при этом слой электрооптического материала каЙСцого оптически управляемого элемента обращен соответственно к источ1- ику считывающего излучения и к фoтoпpv eмникy, оптически сопряженных с введенным в канал считывающего излучения дополнительным зеркалом, установленным с возможностью поворота и кинематически связанным с механизмом переме1чения объектива.

При этом дополнительное зеркало также может быть установлено и с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси.

На фиг о 1 изображена схема устройства для автоматической фокусировки объектива; на фиГо2 - схема оптически управляемого элемента,используемого в устройстве для автоматической фокусировки;, на фиг.З фиг. - схемы, поясняющие ход лучей в первом и, соответственно, во втором вариантах устройства лля автоматической фокусировки; на фиг.5 кинематическая схема привода перемещения объектива фотоаппарата.

Устройство для автоматической фокусировки объектива содержит два входных канала, в которых установлены зеркала 1, 2 отражающие поверхности а, б, образованные, призмой 3, фокусирующие линзы 4,5, в фокальных плоскостях которых установлены оптически управляемые элементы б, 7, канал считывающего излучения, включающий источник считывающего излучения с поляризатором 9 и анализатором 10 с установленным в фокальной плоскост линзы 11 фотоприемником 12, оптически сопря «енные, соответственно, с оптически управляемыми элементами 6, и дополнительным зеркалом 13, а такж механизм привода 14, кинематически связанный с зеркалом 13 и съемочнымобъективом 15, в плоскости фокусировки которого расположен светочувствительный материал 1б,

Оптически управляемые элементы, используемые в устройстве, содержат стеклянные подложки 17, с нанесенными на них прозрачными токопроводящими пленками 18, слой фотополупроводника 19I зеркально отражающий слой

20, слйй электрооптического материала 21 и ориентирующие покрытия 22,

В качестве слоя фотополупроводника 19 используются фоточувствительные соединения группы А обладающие высокой фоточувствительностью в видимой области спектра, например CdS, CdSe и др В качестве электрооптического слоя 21 можно использовать жидкий кристалл-метоксибензилиден-п-н-бутиланилин и различные его соединения, обладающие неметической структурой при комнатной температуре и положительной ди.электрической анизотропией (), а также другие среды.

В качестве прозрачной токопроводящей пленки 18 используется соединение (SnO + , наносимое методо вакуумного испарения. Для улучшения характеристик оптически управляемых элементов 6,7 на слой (SnO + ) методом косого напыления наносится ориентирующее покрытие S10 - 22. Затем методом вакуумного напыления наносится слой фотополупроводника 19, на который наносится диэлектрический зеркально-отражающий слой 2П, ,Для получения качественно ориентированных слоев жидкого кристалла наносится также мономолекулярный слой . поверхностно-активного вещества (поливиниловый спирт). После выполнения указанных операций оптически управляемый элемент заполняется электрооптическим слоем 21 - жидким кристаллом.

В качестве источника считывающего излучения 8 формирующего поток считывающего излучения (Р используется источник, спектральная область излучения которого лежит за пределами чувствительности слоя фотополупроводника 19, чем обеспечивается спектральная развязка записывающего и считывающего излучений.

В качестве источника света 8 .может использоваться полупроводниковый оптический квантовый генератор, а также источник, создающий параллельный пучок света, направляемый на оптически упрйвляемый элемент 6.

Величина и режим управляющего напряжения U подводимого к токопроводйщим пленкам 18 определяется в каждом конкретном случае (варианте) и зависит от параметров слоя фотополупроводника 19 и используемого нематического жидкого кристалла, в качестне электрооптического материала 21 о В варианте конкретного выполнения привода объектива кинематическая схема содержит приводную пружину 23 зубчатую передачу , электромагнит 25, поволок 26, палец 27, рычаг 28, ось 29.0

Устройство для автоматической фокусировки объектива работает следующим образом.

Световые потоки , и Ф. поступают от обэ ектива съемки (на фиг„1 не показано) соответственно на оптические элементы линзы 4 и 5, которые формируют на оптически управляемых элементах (преобразователя) 6 и 7 изображения объекта, на который наве дена система автоматической фокусировки съемочного аппарата. При этом будут происходить локальные изменения оптических свойств оптически управляемых элементов 6 и 7 степень которых пропорциональна величинам поступающих в те или иные точки оптически управляемых элементов световых потоков Ф и ф Одновременно на оптически управляемый элемент 6, со стороны противоположной подающему потоку , , направляется поток считывающего излучения ,, и под действием изменяющихся оптических свойств элемента 6 происходит его модуляция по апертуре. Изменение интенсивности считывающего излучения Ф адекватно распределению освещенности, образуемой световым потоком 9, от объекта на оптически управляемом элементе 6, Отраженный от зеркального слоя 20 промодулированный световой поток ) при помощи зеркала 13f установленного с возможностью углового поворота, направляется на оптически управ ляемый элемент 7.

При развороте зеркала 13 происходит сканирование считывающим излучением ( оптически управляемого элемента 7, а результирующий световой потокф при помощи линзы 11 направляется на фотоприемник излучения 12„ Зеркало 13 при помощи механизма 1 связано со съемочным объективом 15. Причем каждому угловому положению зеркала 13 соответствует определенное положение объектива 15. Таким образом корреляционный максимум или минимум (при инверсном преобразовании изображения одним из оптически управляемых элементов) будет регистрироваться приемником излучения 12, сигнал с выхода которого подается на механизм привода 14. В результате

срабатывания стопорящего элемента, в качестве которого используется обычно электромагнит (на фиг. показан), происходит остановкаобъектива 15 в соответствующем положении,

при котором на фоточувствителькС1М материале 1б формируется резкое изображение объекта съемки.

В первом варианте выполнения устройства (фиг.З), когда дополнительное

5 зеркало 13 установлено с возможностью поворота, угол разворота зеркала 13 пропорционален величине смещения на оптически управляемом элементе 6 (условие получения корреляционного

0.h

максимума или минимума; т..е, г-

п

а где fb угол поворота зеркаРг

5 ла 13о Сумма смешения изображений на оптически управляемых элементах 6 и 7 (2h( или У-Ьл) обратно пропорциональна расстоянию (Н) до объекта съемки С и прямо пропорциональна

0 базе системы (Ь) и фокусному расстоянию линз ,5 (f)Во втором варианте выполнения устройства (фиг.) дополнительное зеркало 13 установлено с возможностью возв5 ратно-поступатеяьного перемещения синхронно с перемещением съемочного объектива 15, причем корреляционный максимум (минимум) на фотоприемнике 12 наблюдается лишь при некотором од40 ном фиксированном положении зеркала 13.

Так, при наведении системы на объект С максимум (минимум) наблюдается при перемещении зеркала 13 на

45 расстояние относительно некоторого исходного положения. При этом -- -- Таким образом смещение 2. изображений на оптически управляемых

cQ элементах 6,7 и соответствующее перемещение зеркала 13 является определяющим для выделения корреляционного сигнала.

Фокусировка объектива 15 в вариант те конкре(гного выполнения механизма привода объектива осуществляется следующим образом. Под действием приводной пружины 23 осуществляется разворот вокруг оси объектива 15, и .

его перемещение относительно плоскости размещения фотопленки 1б. Одновре менно через поволок 2б, палец 27 и рычаг 28 осуществляется перемещение оси 29 с укрепленным на ней зеркалом 13. Причем каждому промежуточному положению зеркала 13 .относительно оптически управляемых элементой - преобразователей 6 и 7 соответствует определенное положение объектива 15 относительно фотопленки lf)o В этот момент времени, когда фотоприемн(11 12 будет регистрировать некоторый корреляционный сигнал, схема, управления 1 вырабатывает управляющий сигнал, поступающий на обмотку электромагнита 25, осуществляющего стопорение зубчатой передачи 2 и остановку объектива 15 в положении, обеспечивающем получение максимальной резкости объектива съемки в плоскости фотопленки 1б.

Использование данного устройства позволит осуществить фокусировку объектива с более высокой точностью за счет постоянства оптических плотностей электрооптического/материала преобразователей в процессе считывания, которое также позволяет со значительно большей скоростью осуществлять поток корреляционного максимума (минимума), что в конечном итоге ускоряет процесс фокусировки,

Фиг.1 ;7 5 2 20 Ю i3 /7 /// /

Ф

фиг.З

VC3 го