Устройство автоматической фокусировки Советский патент 1981 года по МПК G02B7/11 

(54J УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ФОКУСИРОВКИ

I

Изобретение относится к оптикоэлектронному приборостроению и может быть использовано для автоматической фокусировки микро- и фотообъективов, проекционных объективов,а также астрономических телескопов.

Известны устройства автоматической фокусировки, основанные на принципе дифференциального сравнения амплитуд пространственной гармоники в плоскостях равной нерезкости fl Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее осветитель с матовой пластиной, тестобъект, установленный в плоскости предметов, фокусируемый объектив, сканирующий фотоприемник, установленный в плоскости изображения объектива, и электронную схему выделения - сигнала, включакидую последовательно соединенные избирательный усилитель, синхронный детектор и следящий привод, кинематически связанный с фокусд1руеМым объективом 2,

Принцип работы этого устройства заключается в следующем.

Если фокусировка проводится на точку, соответствугацую половине расстояния между изображениями растров,то распределения освещенности в

изображениях растров не отличаются друг от друга. Такой случай соответствует нулевому сигналу системы, то есть отсутствию дефокусировки. При наличии ошибки фокусировки изображения растров в плоскости фотокатода диссектора имеют различную контрастность. Вследствие этого напряжения на выходе диссектора при сканирова10нии растров отличаются по с№шлитуде. Разность этих амплитуд косвенным путем определяет величину погрешности продольной наводки.Селективный усилитель выделяет и усиливает огибающую

15 сигнала с диссектора, которая после фазочувствительного выпрямления и усиления по мощности поступает на исполнительный механизм, который перемещает объектив до тех пор, пока

20 отрабатываемая разность амплитуд не станет равной нулю и фокальная плоскость не совместится с плоскостью фотокатода диссектора.

Недостаток данного устройства в

25 том, что оно имеет малый диапазон фокусировки из-за возможностд ложного срабатывания при больших расфокусировках на максимумах высших порядков цефокусировочной кривой. В известном устройстве диапазон работы фокуса30

ровки определяется разносом плоскостей установки растров, который в свою очередь определяется пространственной частотой растров, выбираемой исходя из необходимой точности фокусировки. Для, например светосильных объективов обычно пространственная частота растра выбирается достаточно высокой на уровне 1/2 от максимально разрешаемой. При этом расстояние между растрами и, следовательно, диапазон фокусировки могут составлять несколько миллиметров. Диапазон же возмЪжных фокусировок, например, для космических телескопов значительно больше, т.е. требуются систем с большим диапазоном фокусировки.

Дефокусировочная кривая, описываемая приведенным выше уравнением, знакопеременная, с максимумами высших порядков. Следовательно, при работе на определенной частоте при выбранном разносе плоскостей равной нерез.кости возникает возможность ложного срабатывания системы.

Цель изобретения - создание устройства фокусировки с большим диапазоном фокусировок.

Указанная цель достигается тем, что в электронную -схему выделения сигнала введены пороговое устройство с заданным уровнем срабатывания, коммутатор и. источник опорного напряжения, причем вход порогового устройства и один из входов коммутатора соединены с выходом синхронного детектора, выход порогового устройства через коммутатор соединен с управляющим входом усилителя мощности, выход которого соединен со входом следящего привода, а источник опорного напряжения соединен со вторым входом коммутирующего устройства.

На фиг, 1изображена блок-схема устройства автоматической фокусировки; на фиг. 2 - вид дефокусировочной кривой.

Устройство содержит осветитель 1 с матовой пластинкой 2, тест-объект 3, выполненный в виде двух одинаковых по шагу амплитудных растров, установленных по разные стороны от оптической оси в плоскости предметов фокусируемого объектива 4, сканирующий фотоприемник 5, например диссектор, избирательный усилитель б, синхронный детектор 7, пороговое устройство 8 с фиксированным уровнем срабаТЕДвания, коммутатор 9, источник 10 опорного напряжения, усилитель 11 мощности и следящи привод 12.

При сканировании изображений растров диссектор 5 преобразует распределение яркости на фотокатоде в элекрический сигнал. Амплитуда переменного сигнала пропорциональна контрасту изображения растров, который

зависит от степени дефокусировки объектива 4. В сфокусированном поло жении плоскость изображения объектива 4 совпадает с плоскостью фотокатода диссектора 5, при этом контрасты изображений разнесенных растров равны, следовательно, амплитуды сигнала на выходе избирательного усилителя 6 одинаковы за период развертки диссектора 5, а напряжение на выходе синхронного детектора 7 равно нулю. При расфокусировках объектива контраст изображений растров на фотокатоде неодинаков и следовательно, на выходе синхронного детектора 7 появляется сигнал дефокусировки. В начсшьный момент фокусировки на усилитель 11 мощности через коммутатор 9 подается напряжение от источника 10 опорного напр яжения. Следящий привод 12 перемещает объектив 4 до. тех пор, пока уровень сигнала на выходе синхронного детектора 7 не станет равным порогу срабатывания устройства 8. Уровень порогового сигнала выбирается в 1,5-2,5 раза меньше, чем максимальный сигнал на выходе синхронного детектора 7 при переходе всего динамического диапазона расфокусировки объектива 4. В каждом конкретном сл7чае величина порогового сигнала выставляется в зависимости от параметров оптической схемы объектива и в большинстве случаев (выбирается экспериментально. После срабатывания порогового устройства на коммутатор выдается сигнал, который отключает источник опорного напряжения и подключает вход усилителя мощности непосредственно к выходу синхронного детектора, т.е. осуществляется режим слежения за фокусом. Режим слежения может далее продолжаться в случае необходимости. При отключении системы фокусировки схема возвращается в исходное состояние. При повторном включении режим работы устройст ва фокусировки будет таким же, как описано выше. Очевидно, что предлагаемое устройство может иметь любой динамический диапазон фокусировки, так как режим .слежения за фокусом начинается после срабатывания, порогового устройства.

Эффективность устройства заключается в том, что оно дает возможность эксплуатировать микро- и фотообъективы, проекционные объективы, а также астрономические телескопы в более жестких условиях температурных и механических возмущений.

Формула изобретения

Устройство автоматической фокусировки, содержащее осветитель с матовой пластинкой, тест-объект, ус65 гановленный в плоскости предметов, фокусируемый объектив, сканирующий фотоприемник, установленный в плоскости изображения объектива, и электронную схему выделения сигнала,включающую последовательно соединенные избирательный усилитель, синхронный детектор и следящий привод, кинематически связанный с фокусируемым объективом, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона фокусировки, в электронную схему вьщеления сигнала введены пороговое устройство с заданным уровнем срабатывания, коммутатор и источник опорного напряжения, причем вход порогового устройства и один из входов коммутатора соединены с выходом син 1 кронного детектора, выход порогового устройства через коммутатор соединен с управляющим входом усилителя мощности, выход которого соединен со, входом следящего привода, а источник опорного напряжения соединен со вторым входом коммутирующего устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 406182, кл. G 03 В 3/00, 1971. 2.Болдырев Н.И. и др, Теория и проектирование высокоточных систем управления. Автоматическое фотоэлектронное устройство с диссектором для фокусировки оптической .системы., Л., Наука, 1973 (прототип).