Способ автоматической фокусировки оптической системы и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G03B3/12 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и предназначено для автоматической фокусировки изображения длиннофокусных фотографических и наблюдательных оптических систем.

Цель изобретения - повышение точности и обеспечение возможности фокусировки на заданную дистанцию.

На фиг, 1 показана схема устройства автоматической фокусировки;, на фиг. 2 - схема хода лучей; на фиг. 3 - схема смещения автоколлимационного изображения.

Устройство автоматической фокусировки содержит автоколлимационное зеркало 1. (фиг. 1), расположенное на максимально возможной высоте h от оптической оси, объектив 2; диафрагму 3, расположенную в фокальной плоскости объектива на расстоянии г от оптической оси, конденсатор 4, источ- ник света 5, координатно-чувствительный приемник 6, блок вычисления смещения и формирования сигнала 7, блок управления 8 и привод подвижки объектива 9.

Устройство автоматической фокусиров- ки работает следующим образом.

Изображение А диафрагмы 3, подсвеченной источником света 5, через конденсатор 4, формируется периферийным пучком объектива 2 и автоколлимационным зерка- лом 1 в фокальной плоскости камеры в зоне координатно-чувствительного приемника 6, ориентированного по линии А - О, где точка О - центр кадра.

Координате изображения А 0 соответ- ствует начальная установка камеры, отфоку- сированной на бесконечность. При этом лучи света выходящего из объектива пучка будут параллельны, в том числе и в зоне автоколлимационного зеркала. При воз- никновении расфокусировки Af по любой причине (термобарические изменения1 фокусного расстояния объектива, температурные изменения длины корпуса камеры и др.) диафрагма не будет совпадать с фокальной плоскостью объектива и, как следствие этого, выходящие из объектива лучи в зоне зеркала не будут параллельны, а в зависимости от знака расфокусировки периферийный пучок будет сходящимся (+Д f ) или расходя- щимся (-Af ).

При автоматической фокусировке на бесконечность изменение-координаты изображения диафрагмы на фотоприемнике по сравнению с исходным положением в точке АО на величину А1ф А оА будет служить сигналом для соответствующей подвижки объектива до положения, когда А 1ф А оА 0(Af 0).

При фокусировке на заданную дистанцию до объекта сигнал о величине дистанции Z поступает в вычислительный блок 7, который вычисляет соответствующее смещение изображения А 1х 2Г (// + у)/Р 1 а на блок управления 8 и привод 9 поступает соответствующий сигнал. При этом на фотоприемнике, произойдет смещение начальной установки из точки АО в точку Ах ; причем АО Ах А 1х, а возможное изменение фокусировки по любым причинам на величину A f, приводящее К смещению изображения на А 1ф, будет и в этом случае выбираться и отрабатываться приводом автоматически,

Автоматическая фокусировка на бесконечность обеспечивается в соответствии с соотношениями (фиг. 2):

X Af ; А1Ф 2Г -С;

h

f12 f 1 t 1 Ч

f АТ + г

где Х - координата плоскости изображения предмета, находящегося на расстоянии X;

Af - величина расфокусировки, вычисляемая блоком вычисления и формирования сигнала;

А ф - смещение автоколлимационного изображения диафрагмы, соответствующее расфокусировке;

h - координата зоны периферийного пучка лучей относительно оптической оси; и обеспечивается автоматическая фокусировка на заданную дистанцию Х в соответствии с соотношениями (фиг. 2,3):

Alx 2f (/ 4УУ/Э ;

,/,Zr „ -(f+z )

где г - расстояние от оптической оси до диафрагмы;- .

f - переднее фокусное расстояние объектива,.

При этом координата предмета X задается сигналом с датчика дистанции, не входящего в устройство; вычислительный блок выдает сигнал на смещение Д1х начальной установки (АО) координатно-чувствительного приемника изображения диафрагмын которое отрабатывается приводом до смещения изображения вточку()ня приемнике.

При осуществлении фокусировки на бесконечность в длиннофокусных узкоугольных системах, например, кинотеодолитах и телескопах, в которых соотношение г/Г 0,01 смещением главного луча (угол ) при расфокусировке в пределах Дт (0,001-0,002) можно пренебречь,

В камерах с более широким угловым полем для достижения соотношения г/f 0,01 установку диафрагмы и фото приемника можно осуществить в плоскости сопряженной с фокальной плоскостью и расположенной перпендикулярно к последней, за счет отвода части пучка лучей диагональным полупрозрачным зеркалом с соответствующим покрытием.

При необходимости повышения-точности фокусировки на заданную дистанцию координаты смещения изображения Alz на фотоприемнике могут быть получены путем калибровки по реальным объектам и заложены, в блок памяти микропроцессорного устройства вычислительного блока.ср р р м у л а и з о б р е т е н и я . .1, Способ автоматической фокусировки оптической системы, заключающийся в том, что строят изображение диафрагмы, расположенной в зоне периферийного светового пучка объектива, и анализируют изменение сходимости периферий н ого свето вого пучка из-за расфокусировки,, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, строят автоколлимационное изображение диафрагмы, при смещении которого при расфокусировке получают сигнал, величина и знак которого соответствует смещению автоколлимационногр изображения диафрагмы по отношению к координате, соответствующей начальной установке анализируемой оптической системы, равной нулю.

2. Способ по п. 1, о т л и ч я ю щ и и с я тем. что, с целью обеспечения фокусировки на заданную дистанцию, по заданной дне танции X вычисляют смещение A Ix автоколлимационного изображения диафрагмы из соотношения

Alx 2f (V11+piy/9,

0 где Г - заднее фокусное расстояние анализируемого объектива;

г/) - угол изменения наклона главного луча к оптической оси;

- угол сходимости периферийного

5 пучка, соответствующий заданной дистанции X;

и формируют сигнал для управления смещением объектива. .3. Устройство автоматической фокуси0 ровки оптической системы, содержащее источник света, конденсатор, расположенную в периферийной зоне светового пучка объектива диафрагму, координатно-чувстви- тельный приемник, а также блок управления

5 с приводом подвижки объектива, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и обеспечения возможности фокусировки на заданную дистанцию, в него вве- дены установленное на периферии

0. входного зрачка перед первой поверхностью объектива перпендикулярно к главному лучу пучка отражающее зеркало и блок вычисления и формирования сигнала, вход которого подключен к координатно-чувстви5 тельному приемнику, а выход - к блоку управления приводом подвижки объектива, при этом диафрагма установлена в фокальной плоскости объектива, а координатно- чувствительный приемник расположен

0 симметрично диафрагме относительно вертикальной оси и ориентирован по направлению к оптической оси.

Использование: оптическое приборостроение. Сущность изобретения: строят автоколлимационное изображение диафрагмы 3, расположенной в зоне периферийного пучка объектива 2 и анализируют изменение сходимости периферийного светового пучка из-за расфокусировки При расфокусировке получают управляющий сигнал для подвижки объектива 5, величина и знак которого соответствуют смещению автоколлимационного изображения диафрагмы 3 по отношению к координате, соответствующей начальной установке анализируемой оптической системы, равной нулю или заданной дистанции. 2 с.п. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил. СО С

01/8.2

Фиг.З