Автоматическое дальномерное устройство Советский патент 1993 года по МПК G03B13/20 G01S17/00 

Изобретение относится к приборостроению и может использоваться в различных устройствах автоматики, предназначенных для измерения расстояния до объектов наблюдения, например в качестве дальномера для фотоаппаратов. ч

Устройства для измерения дальности до объекта наблюдения широко известны и могут быть классифицированы на активные и пассивные, причем наиболее перспективными являются устройства, реализующие внутрибазовый принцип работы. В пассивных базовых автодальномерах измеряется параллактический угол объекта при известном базисе между двумя входными оптическими каналами. Измерение параллактического угла может производиться по углу поворота поворотного зеркала, установленного в оДном из входных оптических каналов либо применением блока запоминания видеосигнала в одном из входных оптических каналов и определением его положения по отношению к видеосигналу из другого оптического канала. Сравнение видеосигналов двух оптических каналов осуществляется корреляционными или им подобными методами. В активных устройствах используется активный излучатель и многоэлементный приемник, размещаемые в соответствующий входной оптический канал. Принцип действия активных устройств состоит либо в сравнении видеосигналов соседних фотоприемников и управлении поворотным зеркалом, либо в выделении фотоэлемента, видеосигнал в котором максимален.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности является автоматическое дальномерное устройство/которое можно выбрать в качестве прототипа. Прототип содержит излучатель и приемник света, установленные в пространственно разнесенных на базовое расстояние параллельных оптических каналах. Излучатель содержит источник света и оптическую систему, обеспечивающую формирование пучка света, освещающего объект съемки. Приемная часть включает в себя оптическую систему, собирающую отраженный объектом свет на приемной площадке фотоприемника. Фотоприемник содержит несколько, например , фотопреобразователей, расположенных вдоль направления базового расстояния. Яркость

ю

С

3

00

и

ho

излучателя света должна обеспечивать значительное превышение освещенности светового пятна на объекте наблюдения над естественной Освещенностью и интенсивностью света источников, возможно раз- меще н н ых на объекте наблюдения; Расстоя нИе между смежн ыми фотопреобра- эователями должно соответствовать проекций светового пятна, построенной второй оптической системой в плоскости фотопрй- емника. Выход каждого фотопреобразователя через соответствующий пороговый элемент подключен к входу электронного регистратора. Уровень срабатывания элемента выбран таким, чтобы засвеченный световым пятном фотопрербразоватёль вырабатывал напряже;йй&,. Дбстаточноёдля срабатывания Соответствующего пОроговб- го элемента, в то время как естественная: освещенность не вызывала срабатывание порогового элемента. По номеру засвеченного световым пятном фбтопреобразовате- ля электронный регистратор Определяет расстояние до объекта, iy t V ; : -i л :,.

Дальность действия известного активного внутрибазового дальномера, при которой обеспечивается заДанНая Точность измерения, ограничена из-за того, что обыч-. ные объекты отражают свет диффузионно. Значит, к окну дальномера возвращаемся лишь частьиз посланного к объекту светового потока, убывающая обратно пропорционально квадрату расстояния до объекта. Поэтому недостаток известного устройства состоит в сниженииточности измерения при увеличении дальности из-за увеличения возможности ложного измерения по максммумам естественной осбещен- н ости, например блй.кам;; света и искусственным источникам света- возможно имеющимся на объекте наблюдения.

Цель изобретения состоит в повышении Точности измерения Дальности путем устранения лоисных измерений, связанных с оптическими помехами, i ;;;; .-....

Цель достигается тем, что в автоматическое дальномернбё устройстСво, содержащее приемный и передающий каналы,, включающие соответственно приемную и передающую оптические системы, оптические оси которых разнесены на базовое расстояние, а также источник света, установленный в фокальной плоскости передающей оптической системы, фотоприемник, размещенный в фокальной плоскости приемной оптической системы и выполненный в виде линейки из N фотопреобразоватёпей, ориентированной вдоль базового расстояния, N пороговых элементов, вход каждого из Которых соединен с выходом соответствующего фотопреобразователя, и регистратор дальности, введены первая, вторая и третья группы по N логических элементов И, (3N+1)-u логический элемент И, N логичеСких элементов ИЛИ, N RS-триггеров, генератор импульсов и три D-триггера, причем источник света выполнен управляемым, выход каждого из N пороговых элементов соединен с R-вхОдом соответствующего

RS-триггера через последовательно соединеиные соответствующие логический элемент И первой группы логических элементов И и логический элемент ИЛ И и к S-вхоДу соответствующего RS-триггера черёз соответствующий логический элемент И второй группы логических элементов И, выход первого D-триггёра соединён с входом второго D-триггера, с управляющим входом источника света, с вторыми входами логическйх элементов И второй Труппы логических

элементов И и с первым входом (3N+1)-rO

логического элемента И, выход которого

соединен с вторыми входами логических

Элементов ИЛИ, выход второго Ь-триггера

соединен с входом Третьего D-трйггера и с вторыми входами лотических элементов И первой группы логических элементов И, выход Третьегор-триггерё - с первыми входа- ми логических элементов И третьей группы

логических элементов И и с входом первого D-триггера, выход генератора импульсов соединён с вторым входом (3N+i)-ro логического элемента И и синхровходами первого, второго и третьего D-трйггеров,

выход каждого из N RS-триггёров соединен

с вторым входом соответствующего логичёского элемента И третьей группы логических элементов И, а выходы каждого из логических элементов И третьей группы логических: элементов соединен с соответствующими входами регистратора дальности.

В устройстве источник света переведен в импульсный .режим работы, введен генератор импульсов, выходом соединенный с

управляющим входом ка;хдого из трех со-. единенных кольцом D-триггеров, благодаря чему цикл работы устройства включает три такта. На первом такте, когда в единичном состоянии находится первый D-триггер,

источник излучает световой поток в сторону объекта наблюдения. Фотопреобразователи преобразуют световой поток от объекта наблюдения в электрический сигнал, который сравнивается с порогом в пороговом

элементе, соответствующем преобразователю. В случае превышения порога в одном или нескольких пороговых элементах открывается соответствующий из вторых элементов И, благодаря чему соответствующий RS-триггер переводится в единичное состояние. Номер одного или нескольких RS- триггеров, переброшенных в единичное состояние в течение первого такта, определяется участками объекта наблюдения, искусственная от источника света устройства или естественная освещенность которых превышает заданный порог. На втором также первый D-триггер переходит в нулевое состояние, а второй D-триггер принимает единичное состояние. Поэтому источник света выключается и превышение пороговой освещенности не зависит от этого источника, Те участки поверхности объекта наблюдения, естественная освещенность которых выше порога,вызывают срабатыва ние соответствующих из первых элементов И, которые обнулят соответствующие RS- триггеры. К концу второго такта в единичном состоянии будет только тот RS-триггер, который управляется от фотоэлемента, на который упал световой поток от источника света в первом такте. Во время третьего такта в единичное состояние перебрасывается третий D-триггер, поэтому открывается только тот из третьих элементов И, на вто- рой вход которого поступает единичный сигнал с RS-триггера. В третьем такте регистратор по номеру включенного элемента И из числа третьих элементов регистрирует искомую дальность. При переходе оттретьего такта вновь к первому в единичное состояние перебрасывается первый D-триггер, который по переднему фронту своего импульса включения обнуляет все RS-триггеры, и цикл работы повторяется.

Структурная схема устройства представлена на фиг. 1. Устройство содержит две оптические системы 1 и 2. В задней фокальной плоскости оптической системы 1 размещен источник 3 света, В задней фокальной плоскости оптической системы 2 раз.меще- на линейка из N числа фотопреобразователей 4. Ориентация линейки фотопреобразователей 4 совпадает с направлением разноса на базовое расстояние В оптиче- ских систем 1 и 2. Фотопреобразователи 4 предназначены для преобразования светового потока в электрический сигнал. Выход каждого фотопреобразователя 4 подключен к входу соответствующего поро- гового элемента 5. Пороговый элемент может быть выполнен в виде, например, компаратора. Выход каждого порогового элемента 5 подключен к первому входу соответствующего элемента И 6 из N числа первых элементов И к первому входу соответствующего элемента И 7 из числа вторых элементов И, Выход каждого первого элемента И б соединен с R-входом соответствующего RS-триггера 8 через соответствующий элемент ИЛИ 9, а выход каждого элемента И 7 подключен к S-входу соответствующего RS-триггера 8 непосредственно. Выход каждого RS-триггера 8 через соответствующий элемент И 10 из N числа третьих элементов И соединен с соответствующим входом регистратора 11. Регистратор 11 предназначен для фиксации расстояния до объекта и может быть выполнен, например, в виде линейной шкалы, состоящей из набора светоизлучающих диодов. Управляющий вход источника 3 света, второй вход каждого из вторых элементов И 7, первый вход четвертого элемента И 12 подключены к выходу первого D-триггера 13, соединенному через второй D-триггера 14 с входом третьего D- трйггера 15. Управляющий вход каждого D- триггера 13, 14, 15 соединен с выходом генератора 16 импульсов и вторым входом четвертого элемента И 12. Выход третьего D-триггера соединен с входом первого D- трйггера 13, благодаря чему соединение D- триггеров 13, 14, 15 представляет собой трехразрядной кольцевой сдвиговый регистр. Выход второго D-триггера Т4 подключён к второму входу каждого первого элемента И 6. Выход третьего D-триггера 15 соединен с первым входом каждого третьего элемента И 10. Элементы И 6,7,10.12, элементы ИЛИ 9, RS-триггеры 8 и D-тригге- ры 13, 14, 15 являются стандартными элементами двоичной логики и особенностей не имеют; Г ,.: . .. г .

Работает устройство следующим образом;

Генератор 16 импульсов непрерывно генерирует импульсную последовательность (фиг.2а) с частотой F. Под воздействием этой последовательности соединенные в кольцо D-триггеры 13, 14, 15 последовательно во времени по одному переходят в единичное состояние (фиг.2б, .в, г) соответственно, В интервале времени, когда первый D-триггер 13 находится в единичном состоянии, источник 3 света излучает свет (фиг. 26). Этот свет фокусируется Оптической системой 1 в виде узкого пучка на объекте наблю-. дения, дальность до которого измеряется. Отраженный от объекта световой поток, содержащий составляющие от естественной освещенности, освещенности источника 3 света и излучения источников, возможно имеющихся на поверхности объекта, оптической системой 2 проецируется на систему фотопреобразователей 4, где преобразуется в пропорциональные напряжения. Размер светочувствительной поверхности фотопреобразователя 4 выбран соизмеримым размеру светового пятна от источника 3. На фиг. 2 д, е изображены выходные напряжения для фотопреобразрвателей с номером n( ,N) и положения объекта наблюдения в точке А для интервала времени ti...t2 (фиг. 2д) и для интервала t2 „ta (фиг.2е). Фиг. 2ж отображает аналогичные напряжения для положения объекта наблюдения в точке А, Видеосигналы в моменты времени tj.,.t3 зависят только от естественной освещенности объекта наблюдения (фиг.2е, и). В моменты времени ti...ta на объекте наблну- дается световое пятно от источника 3 света, которое вызывает резкое увеличение напряжения на выходе одного из фотопреобразователей 4, например первого (фиг.2д) или последнего (фиг.2ж). Эти напряжения изменяются во времени по закону излучения света источником 3 (фиг.26). Например, для положения объекта в точке А напряжение на выходе первого фЬтбпрёрбразбватёля (фиг.2 к) и напряжение на вЫхЬде произвольного п-го фотопреобразователя (фиг.2л) резко отличаются наличием импульса от источника 3 света над уровнем естественной освещенности первого и п-го фотопреобразователей, соответственно. Пороговый элемент 5 выделяет превышение напряжения на выходе фотопреобразователя над заданным порогом. Поэтому ни Выходе первого из пороговых элементов 5 в момейт превышения порога действует импульс длительностью t2-ti с периодом повторения F/3 заданной амплитуды U (фиг.2 м). Если уровень естественной освещенности п-го элемента превышает порог, тб на выходе соответствующего порогового Элемента 5 действует непрерывное напряжение (фиг,2 н) амплитуды О. Поэтому сигнал Via выходе произвольного из вторых элементов И 7 пб- является только в случае превышения порогов в соответствующем элементе 5 в моменты времени ti...t2 включения ЙСТОЧНИка света. Этот сигнал воздействует на S- вход соответствующего RS-триггера 8 и переводит егов единичное состояние, В момент перевода единйчйого состояния из первого D-триггера .13 во второй D-трйггёр 14 (момент t2) все вторые элементы И 7 закрываются по второму входу. Единичный сигнал с выхода второго D-триггера 14 поступает на второй вход каждого из первых элементов Иб. Сигнал на выходе любого из этих элементов И 6 появляется только в момент t2...t2 действия этого импульса при наличии сигнала с выхода соответствующего порогового элемента 5 (фиг. 2 л), т.е. когда соответствующий фотопреобразователь освещен сверх порога естественной освещенностью объекта, а не источником 3. Сигнал с выхода элемента И 6, соответствующий превышению порога естественной освещенностью и поэтому классифицируемый как помеха, через элемент ИЛИ 9 подается на R-вход соответствующего RS-триггера 8 и переводит его в нулевое состояние. Поэтбму к моменту времени t2 в единичном состоянии останется только тот RS-триггер 8, фЬтопреобразователь которого был оснащен источником 3 света. В момент t2 D- триггер 14 обнуляется, а D-триггер 15

переводится в единичное состояние, которое поступает на первый вход всех третьих элементов И 10, Однако открывается только один из этих элементов, а именно тот, который коммутирован своим вторым входом с

выходом RS-триггера 8, находящимся в еди- НйчТном сбстоянйи; ;v

Поэтому в интервал времени t2l ..t3 на вход регистратора 11 поступает информация с номера фотопреобразователя 4, освещаемого от источника 3 света. Регистратор 11 пб номеру фотопреобраэователя 4 определяет искомую дальность до объекта. На

фиг. 2 н Представлена осциллограмма сигнала на выходе первого RS-триггера 8 при

гюложёнии объектй в точке А. На фиг. 2 р

представлена Осциллограмма сигнала на

выходе п-гЬ триггера 8 (гн-,1) при том же

положении объекта и услов ии, что п-йфотопреобразователь 4 освещен сверх порога естествёнйой освещеннбстыб. При постулл ении в момент ta очередного импульса с генератора 16 по его переднему фронту D- триггёр 13 перебрасываетсй вёдиничное состояние, а триггер 15 обнуляется. D-триггер 13 включает источник 3 света и открывает четвертыйi элемент И 12 на время действия сигнала по его второму ВХОду( на время

длительности ги импульса с выхода генератора 16 импульсов ( ги t2 - ti). Сигнал длитевьнрс тью около длительности ги через элементы ИЛИ 9 поступает на R-вход каждого RS-f риггера 8 и переводит его в нулевое состояние. Устройство приходит в исходное состояние и цикл измерения повторяет- ся. -;Jy. ; : . ::, л. -;ч .

Технико-экономический эффект применения предложенного устройства состоит в повышении точности измерения дальности

за счет устранения ложных измерений, вызванных естественной освещенностью объекта наблюдения и другими помехами. Это дает возможнбсть снизить требования к яркости источника света, обеспечивающие заданную точность измерения дальности. Поэтому можно понизить мощность и энергоемкость источников питания, применяемых для обеспечения работы устройства. Если учитывать тот факт, что данное предложение может найти применение в качестве автоматического дальномера в профессиональных и любительских фотоаппаратах, например, типа Зенит/35, то снижение

носимой аппаратуры позволяет улучшить коммерческие свойства фотоаппарата при одновременном улучшении качества получаемых фотоснимков за счет лучшей нэвод

Использование: в приборостроении. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит оптические системы 1,2, источник 3 света, фотоприемник 4 в виде линейки на N фотопреобразователей, N пороговых элементов 5,3N t1 элементов И 6,7,10,12, N элементов ИЛИ 9. N RS-тригге- ров, регистратор 11. D-триггеры 13, 14, 15, генератор 16 импульсов. 2 ил.

энергоемкости источников, а значит, и веса 5 ки на резкость в автоматическом режиме.

Формула изобретения Автоматическое дальномерное устройство, содержащее приемный и передающий каналы, включающие соответственно, приемную и передающую оптические системы, оптические оси которых разнесены на базовое расстояние, а также источник света, ус- тановленн ый в фокальной плоскости передающей оптической системы, фотоприемник, размещенный в фокальной плоскости приемной оптической системы и выполненный в виде линейки из N фотопрё- образоватёлёй, ориентированной вдоль базового расстояния, N пороговых элементов, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего фотопреобразователя, и регистратор дальности, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения дальности до объекта путем устранения ложных измерений, связанных с оптическими помехами, в устройство введены первая, вторая и третья группы по N логических элементов И, (3N + +1)-й логический элемент И, N логических элементов ИЛИ, N RS-триггеров, генератор импульсов и три D-триггера, причем источник света выполнен управляемым, выход каждого из N пороговых элементов соединен с R-входом соответствующего RS-триг- гера через последовательно соединенные соответствующие логический элемент И

первой группы логических элементов И и логический элемент ИЛИ и к S-входу соответствующего RS-триггера через соответствующий логический элемент И второй группы логических элементов И, выход первого D-триггера соединен с входом второго D-триггера, с управляющим входом источника света, с вторыми входами логических

элементов И второй группы логических элементов И и с первым входом (3 N+1)-ro логического элемента И, выход которого соединен с вторыми входами логических элементов ИЛИ, выход второго D-триггера

соединен с входом третьего D-триггера и с вторыми входами логических элементов И первой группы логических элементов И, выход третьего D-триггера - с первыми входами логических элементов И третьей

группы логических элементов И и с входом первого D-трйггёра, выход генератора импульсов соединен с вторым входом (3N+1)- го логического элемента И и с синхро- входами первого, второго и третьего Dтриггеров, выход каждого из N RS-триггеров соединен с вторым входом соответствующего логического элемента И третьей группы логических элементов И, а выходы каждого из логических элементов

И третьей группы логических элементов И соединены с соответствующими входами регистратора дальности.

Фиг.1