Устройство для автоматической фокусировки объектива съемочного аппарата Советский патент 1991 года по МПК G03B3/00 G01J1/20 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам для автоматической фо- кусировки объектива съемочных аппаратов.

Целью изобретения является повышение точности фокусировки, расширение диапазона чувствительности устройства и повышение его надежности.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2-4 - преобразователь изображения, варианты;

на фиг. 5 - кинематическая схема устройства.

Устройство (фиг. 5) содержит неподвижное зеркало 1, установленное с возможностью углового разворота вокруг оси,подвижное зеркало 2, опти- ческие линзовые системы 3 и 4, ус- тановленные в каналах дальномерной системы, преобразователь 5 изображения, систему управления потоком излучения на выходе светофильтра, содержащую фотоприемник 6 и пороговый элемент 7, регулируемые светофильтры

О .Ј

чЗ

4Ь CD

CD

8, оптическую оборачивающую систему

9(например, призма Дове)s источник

10считываемого излучения, линзы 11 и 12, спектральный фильтр 13, приемник 14 считываемого излучения (Sc)5 источник 15 питания преобразователя изображения, 8$ и S - световые потоки, поступающие от объектов.

Преобразователь 5 изображения (фиг. 2-4) содержит стеклянные подложки 16, прозрачные токопроводящие слои 17-20, фоточувствительные слои 21 и 22, блокирующие слои 23 и 24, ориентирующие слои 25-28, электрооп- тический материал 29 и 30,прокладки 31 и стеклянную пластину 32, выполненную в виде плавленного кварца или стекла К-8 с плоскостностью не хуже Для предотвращения влияния записывающего излучения на фоточувствительные слои в преобразователе изображения предусмотрены блокирующие слои 23 и 24 (фиг. 2), диапазон оптического пропускания которых находится за пределами чувствительности фоточувствительных слоев 21 и 22. В варианте преобразователя изображения (фиг. 3) возможна замена двух слоев 23 и 24 одним блокирующим слоем, расположенным между слоями 29 и 30 электрооптического материала, в качестве которого могут использоваться нематические жидкие кристаллы типа МббА, сегнетокерамика и пр. В случае спектральной развязки записывющего и считывающего излучений слой 23 не нужен (фиг. 4).

Прокладка 31 выполнена, например, из тефлона и предназначена для обеспечения требуемой ( л/ 1-10 мкм) толщины слоя электрооптического материала. При использовании твист-эффекта в жидком кристалле преобразователь необходимо располагать между поляри- затором - анализатором (на фиг. 2-4 не показаны), обеспечивающими необходимую модуляцию потока считывающего излучения.

На оптической оси дальномерной сие-;

темы установлены полупрозрачные зеркала 33 и 34(фиг. 5), предназначенные для формирования канала считывающего излучения. В устройстве, представленном на фиг, 1, необходимость в зеркалах 33 и 34 отсутствует.

Блок управления исполнительным механизмом фокусировки объектива выполнен в виде схемы 35 электромаг10

, 15 а

474994

нита 36. Устройство содержит также (фиг. 5) кулачок 37, который подпружинен к поводку 38 и поводку 39 объектива 40. Объектив 40 имеет приводную пружину 41, которая растягивается в момент взвода затвора (не показан) и установки объектива в исходное положение. Тормозная система устройства включает элементы 42-44 и служит для стабилизации скорости вращения объектива и уменьшения удара при остановке объектива. Поводок 38 закреплен на рычаге 45, на оси вращения которого находится зеркало 2. На фиг. 5 показаны также спусковой элемент 46 съемочного аппарата и рычаг 47 затвора.

Устройство работает следующим образом (фиг. 5).

В момент нажатия на спусковую кнопку спусковой элемент 46 освобождает поводок 39, в результате чего при помощи пружины 41 происходит перемещение объектива 40 из положения, соответствующего формированию резкого изображения объектов, расположенных на расстоянии 1 м, в положение, при котором резко изображаются (на пленке) объекты, расположенные в оо . При этом через кулачок 37, который подпружинен к поводку 39 объектива 40,, приводится в движение (разворот) зеркало 2 синхронно с перемещением объектива 40. Причем каждому угловому положению зеркала 2 соответствует определенное положение объектива 40,

20

25

30

35

Световые потоки S и S от объекта съемки, пройдя регулируемые светофильтры 8 и в одном из каналов оборачивающую оптическую систему 9, поступают на отклоняющие неподвижнее 1 и подвижное 2 зеркала дальномерной системы, а затем - на оптические системы 3 и 4, которые формируют на соответствующих сторонах преобразователя 5 изображения объекта съемки. Изображение объекта (поток S), формируемое зеркалом 1 и оптической системой 3, является неподвижным, а изображение объекта (поток S), формируемое зеркалом 2 и оптической системой 4, является подвижным, перемещающимся по соответствующей плоскости преобразователя 5,VB результате сканирующего движения зеркала 2 происходит относительное смещение изображений, сформированных в каналах дальномерной системы, на поверхностях преобразовагепя 5. Это приводит к

изменению электрооптических свойств преобразователя 5.

Регистрация изменения оптической плотности преобразователя 5 осуществляется при помощи источника 10 считывающего излучения Sc, направляемого линзой 11 на преобразователь 5 изображения. Для предотвращения влияния светового потока Sc на фоточувствительные слои преобразователя 5 установлен спектральный фильтр 13, диапазон оптического пропускания которого находится за пределами чувствительности фоточувствительных слоев преобразователя. Пройдя спектральный фильтр 13, световой поток поступает на преобразователь 5.

Изменение оптической плотности преобразователя 5 в процессе работы приводит к модуляции по апертуре потока считывающего излучения Sc, который формируется оптической системой на светочувствительной поверхности приемника 14. В процессе работы устройства может происходить изменение освещенности объектов съемки. При этом меняются условия экспонирования преобразователя 5. Для обеспечения постоянства световых потоков, поступающих на преобразователь 5, служит система управления световым потоком на выходе светофильтра 8. При этом выходной сигнал фотоприемника 6, пропорциональный потоку излучения, проходящему через светофильтр 8, поступает на пороговый элемент 7, выходной сигнал которого управляет пропусканием светофильтров 8.

Пороговый элемент 7 конструктивно выполнен по известной схеме в виде входного операционного усилителя (ОУ) и схемы выработки сигнала коррекции управления светофильтрами 8. Сигнал с фотоприемника 6 поступает на вход ОУ порогового элемента 7 и сравнивается с опорным сигналом, поступающим на другой вход ОУ. Опорный сигнал соответствует определенному постоянному уровню освещенности объекта съемки и представляет собой постоянное электрическое смещение.

С выхода ОУ разностный сигнал поступает на вход схемы выработки сигнала коррекции, собранной по схеме дифференциального усилителя. В зависимости от полярности разностного сигнала схема вырабатывает сигнал различной амплитуды. Пусть уровень

освещенности высокий, тогда сигнал, снимаемый с фотоприемника 6., превышает уровень опорного сигнала, и ОУ

вырабатывает разностный сигнал отрицательной полярности (знак полярности разностного сигнала определяется лишь схемой включения ОУ). Схема коррекции повышает амплитуду сигналов,

поступающих на светофильтры 8. Свето- пропускание светофильтров начинает уменьшаться до совпадения сигнала фотоприемника 6 с опорным сигналом ОУ. Если уровень освещенности малый,

5 то происходит увеличение светопропус- кания светофильтров до необходимого уровня при уменьшении амплитуды сигналов, снижаемых с порогового устройства 7. Величина опорного сигнала и

0 равенство фоточувствительности фото- приемника 6 и фотослоев преобразователя 5 легко устанавливаются регулировочными элементами порогового устройства 7.

5 Режимы работы источника 15 питания выбраны так, чтобы при отсутствии световых потоков St и S (определяется порогом чувствительности преобразователя) к преобразователю подава0 лось некоторое исходное значение напряжения питания UH, при котором еще не наблюдается изменение оптических свойств преобразователя.

Преобразователь 5 работает следу5 ющим образом(фиг. 2). Световые потоки S ,| и 5л, поступающие от объекта съемки по каналам СИСТРМЫ, пройдя стеклянные подложки 16 и прозрачные токо- проводящие слои 17 и 20, поступают

0 на фоточувствительные слои 21 и 22. Под действием световых потоков происходит изменение электрических свойств слоев 21 и 22, что приводит к некоторому повышению напряжения (Un+&LT(,

5 и IL+UU), прикладываемому к локальным участкам электрооптического материала 29 и 30. В результате происходит изменение плотности участков слоев 29 и 30. Причем в слое 29 сох0 раняется некоторое постоянное в течение работы устройства сочетание свойств, в то время, как в слое 30 происходит их постоянное изменение, вызванное сканирующим движением зер5 кала 2 (фиг. 1). В момент, когда изображения, формируемые з каналах системы, расположены одно напротив другого, слои 29 и 30 имеют одинаковые рельефы плотности , а считываю

щий поток (не показан) - некоторое максимальное значение, что регистрируется приемником 14 считывающего излучения.

Сигнал с выхода приемника 14 поступает на схему 35, которая форми- рует в момент корреляционного максимума сигнал на электромагнит 36, что приводит к его обесточиванию, чем обеспечивается стопорение объектива в положении, соответствующем резкому изображению объекта.

Съема 35 представляет собой пиковый детектор и усилитель. Пиковый детектор выполнен в интегральном исполнении на операционном усилителе, который постоянно сравнивает текущий уровень сигнала с некоторым заданным (не показан). В момент их совпадения формируется сигнал корреляционного максимума, обеспечивающий электромагнит 36.

Фототехнические и с пектральные характеристики преобразователя 5 опр деляются прежде всего оптическими и энергетическими параметрами фоточувствительного слоя. Эти параметры зависят как от природы и структуры фо

5

ляционного сигнала и, соответственно, точность САФ в целом.

В предлагаемом устройстве, поскольку преобразователь 5 представляет собой тонкопленочную структуру, пространственное разрешение определяется

по формуле R X -- , где h ал - толщи90

эо

на электрооптического слоя. Если в качестве ЭО-слоя использовать жидкокристаллические слои, то 5 мкм (по сравнению с этой величиной толщиной остальных слоев можно 5 пренебречь, т.к. ,2 мкм; Ьт, - 0,1 мкм,- ,001 мкм). Поэтому R оценивается значением 300-200 мм, т.е. преобразователь 5 позволяет разрешать перемещение изображения объекта съемки с точностью до 5 мкм. Таким образом, точность САФ по схеме предлагаемого устройства в 40 раз выше точности автофокусировки по схеме известного,

/ Формула изобретения

1. Устройство для автоматической фокусировки объектива съемочного аппарата, содержащее дальномерную сис0

Изобретение относится к накопле- нию информации, а именно к способам ,контроля отношения сигнала к шуму пары магнитная лента - видеоголовка. Контроль этих характеристик необходимо осуществлять оперативно и в условиях, максимально приближенных к условиям реальной эксплуатации, что .- повышает достоверность результатов. Предлагается измерять в ЧМ-канале оптимальный ток записи на несущей частоте, уровень отдачи на несущей частоте, уровни дополнительных частот, модулирующих несущую при записи, количество выпадений, отношение сигнал/шум. Первые четыре параметра определяются путем измерения после частотной селекции и сравнения результатов с эталонными характеристиками пары видеоголовка - магнитная лента. Отношение сигнал/шум рассчитывается после измерения уровня шумов на центральных частотах одинаковых интервалов, на которые разделен весь исследуемый частотный диапазон. Результаты измерений в каждом интервале принимаются неизменными и по ним рас- j считывается интегральный уровень шумов во всем диапазоне и сравнивается с уровнем отдачи на несущей частоте. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл. о Ј (Л с

тослоя, так и от технологии его полу- 30 темУ Фотоприемное устройство, исчения.

В таблице приведены сравнительные характеристики преобразователей на основе фоточувствительных и жидкокристаллических слоев.

Устройство осуществляет фокусировку с требуемой точностью в диапазоне изменения яркости объекта съемки 0,5-25000 нт (в известном устройстве этот диапазон составляет 50-1600 нт) в результате чего повышается надежность работы устройства: в известном при яркости объекта ниже 50 нт и выше 1600 нт устройство не обеспечивает требуемой резкости изображения на кадре.

В триангуляционных схемах САФ при изменении расстояния до объекта съемки его изображения смещаются на фотоматрицах на величину, определяемую

по формуле

к- в Ј А А

где В - база

триангуляции; f - фокусное расстояние проекционных оптических систем; А - расстояние до объекта съемки.

Таким образом, соотношение величины смещения и размеров фотоматрицы определяет точность выработки корре5

0

полнительный механизм фокусировки объектива, отличающееся тем, что, с целью повышения точности фокусировки, расширения диапазона чувствительности и Ьовышения надежности, фотоприемное устройство выполнено в виде преобразователя изображения слоевой компенсационной фоточувствительной структуры на основе фотополупроводник - жидкий кристалл., во входном отверстии каждого канала дальномерной системы установлен регулируемый светофильтр, в один из каналов дальномерной системы введе- 5 на оборачивающая оптическая система, а по обе стороны преобразователя изображения установлены приемник считывающего излучения и спектральный фильтр, диапазон «оптического пропускания которых находится за пределами чувствительности фоточувствительных слоев преобразователя изображения, причем оптические оси приемника и источника считывающего излучения совпадают с оптической осью дальномерной системы, а выход приемника считывающего излучения связан с блоком управления исполнительным механизмом фокусировки объектива,,

0

5

и ориентирующими слоями.

Область спектральной чувствительности, нм300-500 400-550 400-700 500-900 400-1100 300-600 420-520 500-650 Энергетическая

чувствительность, Дж/см 2-10 6

Переключающая мощность,

Зависит от толщины ЖК- слоя.

изображения выполнен со стороны поступающих от объектов световых потоков

из стеклянных подложек с последовательно нанесенными прозрачными проводящими, фоточувствительными и ориентирующими слоями, между которыми введены слои электрооптического материала, разделенные блокирующим слоем и стеклянными прокладками, с последовательно нанесенными прозрачными токопроводящими и ориентирующими слоями, причем диапазон чувствитель, ности фоточувствительных слоев и диапазон оптического пропускания блоки- рующего слоя выбраны неперекрывающимися.

10

-8

до 2

2 1,5

тЗЈМ9

S c tZ

Ль- Ь

со и г. г

fa П 21 25 293126 18322332 19273130282220 16

/

О-«-//я,

16 П 21 2519 31 2В 18 32 19 273130 28 22 20 16

(1П1 -О (К-Un,

фигЬ

г

Зг

Un,

Фиг. 5