Устройство автоматической фокусировки объектива Советский патент 1993 года по МПК G03B3/00 

Изобретение относится к оптическому приборостроению.

Изобретение может быть использовано при разработке телескопических приборов, фотокамер и других оптических устройств с автоматической фокусировкой объектива.

Известны устройства автоматической фокусировки объективов, в которых используются фотодиодные линейки, светоприемные матрицы или линейки светоприемных структур с переносом заряда 1.

Недостаток таких систем, работающих с несколькими фотоприемниками, состоит в том, что для них требуется наличие приемников, обладающих строго одинаковыми светочувствительными параметрами, и сохранение их постоянства во времени при изменении температуры и других внешних факторов. Несоблюдение этих требований снижает точность и надежность работы устройства. Поэтому основными направлениями дальнейшего развития систем автоматической фокусировки объективов является повышение точности, надежности, расширение светового диапазона и быстродействие их работы.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, содержащее расположенный на оси объектива вращаемый двигателем цилиндр, обращенный к объективу, торец которого имеет ступенчатую форму, при этом в сфокусированном положении объектива плоскость изображения проходит посередине промежутка между плоскостями ступеней торца цилиндра, а внутри цилиндра расположены два световода, передние торцы которых совмещены соответственно с плоскостями ступеней торца цилиндра, задние торцы совмещены с плоскостью противоположного

ю

00

00

торца цилиндра, за которым находится фо- топриемик, освещенный поочередно выходящими из световодов световыми пучками 2. Для определения резкости изображения

проводится сравнение поступающих элект- рических сигналов, получаемых от одного фотоприемника.

К недостаткам устройства следует отнести малую эффективную светосилу устройства по причине малого поперечного сечения световода, значительных световых потерь при отражении от торцов световода и поглощения в нем, длительное время обработки сигнала, снижающее быстродействие автофокусировки из-за низкой частоты считывания сигнала, влияние модуляции светового потока от источника искусственного освещения на полезный сигнал по причине низкой частоты считывания сигнала, возможность появления ложных сигна- лов, возникающих при выходе световода из-за непрозрачной диафрагмы на светлый фон и при входе световода в зону за диафрагмой.

Целью изобретения является повыше- ние эффективности светосилы, увеличение быстродействия и повышение надежности работы., .

Цель достигается тем, что в устройстве автоматической фокусировки объектива, со- держащем датчик дефокусировки, фотопри- емник, блок обработки сигнала и исполнительный двигатель, датчик дефокусировки выполнен в виде размещенных на одном из концов вала исполнительного дви- гателя двух непрозрачных дисков с прямоугольными радиальными и чередующимися через одну переменной ширины прорезями, при этом диски смещены относительно друг друга вдоль оптической оси объектива, а прорези меньшей ширины одного диска расположены напротив середины прорезей большей ширины другого диска, а также в виде оптоэлектронной пары с обтюратором, расположенным на другом конце исполни- тельного двигателя и имеющим число лопастей, равное числу пар прорезей в диске, причем блок обработки сигнала выполнен в виде генератора тактовых импульсов, схемы формирования абсолютного значения сигналов, схемы разделения сигнала, пиковых детекторов, схемы суммирования, трех ключей, дифференциального усилителя, компараторов и разделительного конденсатора, при этом выход схемы формирования абсолютного значения сигналов соединен с одним из входов первого ключа, второй вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, а выход первого ключа соединен с одним из входов схемы

разделения сигнала, соединенной другими входами с вторым и третьим выходами генератора тактовых импульсов, а выходами с первыми входами детекторов, вторые входы которых соединены соответственно с четвертым и пятым выходами генератора тактовых импульсов, выходы детекторов соединены с одними из входов соответственно второго и третьего ключей, другие входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами генератора тактовых импульсов, выходы второго и третьего ключей соединены с соответствующими входами схемы суммирования, выходом соединенной с входом разделительного конденсатора и инвертируемым входом дифференциального усилителя, неинвертируемый вход которого соединен с выходом разделительного конденсатора, а выходы дифференциального усилителя подключены к входам соответствующих компараторов, выходами соединенных с входами схемы управления.

На фиг, 1 изображена принципиальная схема устройства автоматической фокусировки объектива; на фиг. 2 - блок-схема обработки сигнала устройства автоматической фокусировки объектива.

Устройство автоматической фокусировки объектива (фиг. 1) содержит объектив 1, двигатель 2, датчик дефокусировки, выполненный в виде расположенных на валу двигателя 2 двух непрозрачных дисков 3 с чередующимися разной ширины прямоугольными радиальными прорезями. Диски 3 разнесены вдоль оптической оси объектива 1 и развернуты относительно друг друга. Посередине между дисками 3 расположена диафрагма 4. За дисками 3 установлен фотоприемник 5, На противоположном конце вала двигателя 2 установлен датчик углового положения дисков, состоящий из обтюратора 6 (число лопастей равно числу пар прорезей диска 3), закрепленного на валу двигателя 2, и оптоэлектронной пары 7, установленной на корпусе (не показано) датчика дефокусировки. За датчиком дефокусировки расположен электронный блок 3 обработки сигнала, соединенный с исполнительным двигателем 9, кинематически связанным с объективом 1.

В блоке обработки сигнала (фиг.2) на входе электронного тракта установлен фильтр 10 высокой частоты, к выходу, которого подключена схема 11 автоматической регулировки усиления. Выход оптоэлект- рбнной пары 7 датчика углового положения дисков 3 соединен с входом генератора 12 тактовых импульсов, управляющего работой электронного тракта обработки сигнала.

К выходу схемы 11 автоматической регулировки усиления подключена схема 13 формирования абсолютного значения сигнала, которая через ключ 14 соединена со схемой 15 разделения сигналов. Ключ 14 подключен к первому выходу генератора 12 тактовых импульсов, схема 15 разделения сигналов подключена к второму и третьему выходам генератора 12 тактовых импульсов. К выходам -схемы 15 разделения сигналов подключены пиковые детекторы 16 и 17, которые соединены с четвертым и пятым выходами генератора 12 тактовых импульсов. На выходах пиковых детекторов 16 и 17 подключены ключи 18 и 19, установленные на входе схемы 20 суммирования. Ключи 18 и 19 подключены к второму и третьему выходам генератора 1-2 тактовых импульсов. Выход схемы 20 суммирования подключен к конденсатору 21 и к инвертирующему входу дифференциального усилителя 22. Между неинвертирующим .входом дифференциального усилителя 22 и выходом схемы 20 суммирования установлен разделительный конденсатор 21. К выходу дифференциального усилителя 22 подключены два компаратора 23 и 24, которые соединены с входами схемы 25 управления, на входе которой установлен исполнительный двигатель 9..

В основе работы устройства автоматической фокусировки объектива лежит принцип измерения резкости изображения путем сравнения электрических сигналов, последовательно поступающих с фотоприемника при сканировании изображения по одной строке в двух плоскостях, расположенных перпендикулярно оптической оси объектива по разные стороны от плоскости точной фокусировки.

Работает устройство следующим образом.

При сканировании изображения, построенного объективом 1, световой поток поочередно проходит сначала, например, через узкую прорезь диска 3, расположенного перед фокальной плоскостью объектива, диафрагму 4 и широкую прорезь диска 3, расположенного после фокальной плоскости объектива, а при повороте дисков 3 на угол (п - число пар прорезей на диске 3) происходит схема плоскости, в которой проводится сканирование, при этом световой поток проходит сначала через широкую прорезь диска 3, расположенного перед фокальной плоскостью объектива, диафрагму 4 и затем узкую прорезь диска 3, расположенного за фокальной плоскостью объектива. Пройдя считывающее устройство, световой поток попадает на фотоприемник

- 5, Электрический сигнал с фотоприемникэ 5 поступает на вход блока 8 обработки сигнала. Фильтр 10 высокой частоты, установлен- ный на входе электронного блока 8, 5 выделяет полезные сигналы, несущие информацию о яркости объекта и дефокусировке объектива. Наряду с ними при сканировании поля зрения в моменты пересечения узкой прорезью его границ возни0 кают ложные сигналы, обусловленные появлением и исчезновением фоновой засветки. Ложные сигналы несут информации о яркости фона и участвуют совместно с полезными сигналами в работе схемы 11

5 автоматической регулировки усиления. Схема 13 формирования абсолютного значения сигнала преобразует разнополярные сигналы, возникающие из-за различного знака яркостного контраста объекта, на который

0 фокусируется объектив, в сигналы одной полярности, что необходимо для однозначного определения направления перемещения объектива при его фокусировке.

Ложные сигналы, возникающие на вы5 ходе фильтра 10 высокой частоты, устраняются с помощью ключа 14, управляемого генератором 12 тактовых импульсов. Работа генератора тактовых импульсов осуществляется от датчика углового положения

0 дисков 3 по сигналам от оптоэлёктронной пары 7. Для определения направления перемещения объектива 1 полезный сигнал с выхода ключа 14 поступает на схему 15 разделения сигналов по двум каналам, которые

5 соответствуют двум плоскостям сканирования, работа схемы осуществляется по командам от генератора12 тактовых импульсов. Для повышения чувствительности схемы сигналы направляются на пико0 вые детекторы 16 и .17, преобразующие импульсные сигналы, несущие информацию о фокусировке объектива, в квазипостоянные сигналы. Информация, записанная в пиковых детекторах, стирается перед каж5 дым новым поступлением сигнала в соответствующий детектор по командам от генератора 12 тактовых импульсов. Перед поступлением на схему 20 суммирования сигналы с помощью ключей 18 и 19, управ0 ляемых генератором 12 тактовых импульсов, преобразуются а сигналы одинаковой длительности, равной времени прохождения по полю зрения узкой прорези каждого из дисков 3 считывающего устройства. С

5 выходов ключей 18 и 19 один из сигналов поступает на инвертирующий вход схемы 20 суммирования, а другой - на ее неинвертирующий вход. На выходе суммирующей схемы 20 сигнал содержит постоянную со- ставляющую. несущую информацию о дефокусировке, и переменную составляющую, которая устраняется с помощью дифференциального усилителя 22. Для этого на инвертирующий вход дифференциального усилителя подается полый сигнал, а на его неинвертирующий вход через разделительный конденсатор 21 - только переменная составляющая сигнала. Коэффициенты передачи по обоим входам дифференциального усилителя 22 подбираются таким образом, чтобы на его выходе переменная составляющая сигнала была равна нулю и вырабатывалась только постоянная составляющая, несущая информацию о дефокусировке. С выхода дифференциального усилителя 22 сигнал поступает на два компаратора 23 и 24, реагирующие на полярность и амплитуду сигнала рассогласования. С выходов компараторов 23 и 24 сигнал поступает на вход схемы 25 управления, которая включает исполнительный двигатель 9 для перемещения объектива 1 в положение точной фокусировки.

Технико-экономический эффект изобретения заключается в следующем: достигнуто увеличение эффективной светосилы УАФ объектива более чем в 10 раз за счет введения считывающего устройства, сокращено в

5-7 раз время обработки электрического сигнала и соответственно увеличено быстродействие системы за счет повышения частоты считывания сигнала и введения в схему блока обработки сигнала дифференциального усилителя, повышена надежность работы УАФ объектива путем увеличения до 600 Гц частоты считывания при фокусировке на объекты, на которых осуществляется от источников, питаемых переменным током промышленной частоты.

Использование: оптическое приборостроение. Сущность изобретения: устройство работает на принципе измерения резкости изображения путем сравнения электрических сигналов, поступающих с датчика дефокусировки, при сканировании изображения по одной строке в двух плоскостях, расположенных перпендикулярно оптической оси объектива по разные стороны от плоскости точной фокусировки. Считывающее устройство датчика дефокусировки выполнено в виде двух непрозрачных дисков с прямоугольными и чередующимися через одну переменной ширины прорезями. Диски закреплены на валу двигателя, смещены относительно друг друга вдоль оптической оси объектива и развернуты между собой на определенный угол. Обработка сигналов проводится в электронном блоке. 2 ил. fc w Ё

Формула изобретения

Устройство автоматической фокусировки объектива, содержащее датчик дефокусировки, фотоприемник, блок обработки сигнала и исполнительный двигатель, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективной светосилы, увеличения быстродействия и повышения надежности в работе, датчик дефокусировки выполнен в виде размещенных на одном из концов вала исполнительного двигателя двух непрозрачных дисков с прямоугольными, радиальными и чередующимися через одну прорезями переменной ширины, при этом диски смещены относительно друг друга вдоль оптической оси объектива, а прорези меньшей ширины одного диска расположены напротив середины прорезей большей ширины другого диска, а также в виде оптоэлектронной пары с обтюратором, расположенным на другом конце исполнительного двигателя и имеющим число лопастей, равное числу прорезей пар в диске, причем блок обработки сигнала выполнен в виде генератора тактовых импульсов, схемы формирования абсолютного значения сигнала, схемы разделения сигнала, пиковых детекторов, схемы суммирования, трех ключей, дифференциального усилителя, компа-

раторов и разделительного конденсатора, при этом выход схемы формирования абсолютного значения сигнала соединен с одним из входов первого ключа, второй вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, а выход первого ключа соединен с одним из входов схемы разделения сигнала, соединенной другими входами с вторым и третьим выходами генератора тактовых импульсов, а выходами - с первыми входами детекторов, вторые входы которых соединены соответственно с четвертым и пятым выходами генератора тактовых импульсов, а выходы детекторов соединены с одними из входов соответственно второго и третьего ключей, другие входы которых соединены соответствен но с вторым и третьим выходами генератора тактовых импульсов, выходы второго и третьего ключей соединены с соответствующими входами схемы суммирования, выходом соединенной с входом разделительного конденсатора и с инвертируемым входом дифференциального усилителя, неинвертируемый вход которого соединен с выходом разделительного конденсатора, а выходы дифференциального усилителя подключены к входам соответствующих компараторов, выходами соединенных с входами схемы управления.

Фаз. 1

-Ь ГР7Ь--гГQ,-, Ч2йи5Л.45 Чт