Оптико-электронное устройство для автоматической фокусировки Советский патент 1981 года по МПК G03B3/00 

Изобретение относится к оптикоэлектронным системам, предназначенным для осуществления автоматической фокусировки фотоаппаратов, а также для целей автоматической фокусировки при сборке.оптических приборов и может найти применение в ряде областей, где требуется автоматическое измерение дистанций до . объектов произвольной конфигурации. Известно устройство автоматическо фокусировки, которое содержит расположенные последователгно по ходу луча фокусируемый объектив, светоделитель и два фоторезистора, установленных в плоскости, оптически сопряженной с плоскостью кадрового окна Один из фоторезисторов прикрыт рассеивающей пластиной, которая препятствует получению на его светочувствительной площадке резкого изоб ражения . Фоторезисторы включены в мостовую .схему. При перемещений фоку сируемого объектива в плоскости фото резисторов будет изменяться только контраст изображения, а следовательн вследствие нелинейности характеристики, и сигнал с открытого фоторезис тора. Так как фотоприемники включены в мостовую ckfeMy, то система измеряет величину контраста изображения на одном фоторезисторе относительно постоянного для данного объекта фон, закрытом рассеивающей пластиной. Максимум сигнала рассогласования и будет соответствовать положению наиболее резкого изображения в плоскости кадрового окна. При осуществлении фокусировки на регулярный объект перераспределение освещенности на чувствительной площадке происходит, как правило, на ее небольшом участке Позтому величина полезного сигнала оказывается незначительной по отношению к величине постоянной составляющей всего выходного сигнала, что обусловливает малое отношение сигнал/шум и следовательно, низкую точность фокусировки. К недостаткам этой систе1 и следует отнести также недостаточный диапазон освещенностей, в которых система оказывается рабо- тоспособной. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является удтройство для автоматической фокусировки, содержащее фокусировочный объектив, светоделительный элемент, фотоприемники, расположенные в образованных светоделительным элементом

оптических каналах со смещением относительно фокальной плоскости фокусируемого объектива в противоположных направлениях на одинаковую величину, и схему обработки сигнала Г2Л.

Однако устройство не может обеспечить требуемой точности фокусировк вследствие влияния неидентичности световых характеристик фотоприемников, размеров их светочувствительных площадок, а также неточного расположения фотоприемников относительно оптической оси. Последние требования обусловлены тем, что в сфокусированной системе необходимо получить на снеточувствительных площадках распределение освещенностей. Нарушение этого требования ведет к появлению ложного сигнала.

Целью изобретения является повышение точности автоматической фокусировки .

Указанная цель достигается тем, что в устройстве автоматической фокусировки в качестве фотоприемников применены приборы с переносом заряда, а схема обработки сигнала выполнена в виде генератора, тактовых импульсов, соединенного с приборами с переносом заряда, детекторов экстремального значения, и сравнивающего устройства, при этом выход каждого из приборов с переносом заряда подключён ко входу соответствующего детектора экстремального значения, а выход каждого из детекторов экстремального значения соединен с соответствующим входом сравнивающего устройства.

В отличие от интегральных резисторных фотоприемников приборы с переносом заряда осуществляют преобразование пространственного распределения велич |ны освещенности во временную последовательность электрическог сигнала. Указанное преобразование выполняется с высоким пространственным разрешением. В результате независимого считывания оптической информации с каждого элемента прибора с переносом заряда удается получить высокое значение отношения сигнал/шу что обеспечивает большую точность фокусировки и большой динамический диапазон рабочих освещенностей. Кроме того, следует отметить высокую пороговую чувствительность приборов с переносом заряда, достиганадую 35 фотоэлектронов при комнатной температуре.

Дискретность выходного сигнала прибора с переносом з.аряда позволяет лекго производить последовательную обработку получаемой информации, в данном случае определение экстремального значения сигнала/ соответствующего ааябоП&е освещенному элементу изображения. Независимое считывание оптической информации делает

систему некритичной к геометрическом положению светочувствительных областей приборов с переносом заряда относительно оптической оси объектива.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства) на фиг.2 изображен фокусировочные кривые, соответствующие каждому из оптических каналов и иллюстрирующие зависимости величины сигналов выходах .детекторов экстремального значения от значения дефокусировки X начало координат соответствует положению фокальной плоскости.

Излучение от объекта, на который осуществляется фокусировка/ проходит Объектив 1, светоделитель 2 и в образованных светоделителем 2 оптических каналах попадает на светочувствительные поверхности приборов 3 с переносом заряда, которые запитываются от генератора 4 тактовых импульсов . Выходы приборов 3 с переносом заряда подключены к соответствующим входам детекторов 5 экстремального значения, сигналы с которых поступаю на устройство 6 сравнения. Приборы с переносом заряда в каналах смещены вдоль оптической оси из фокальной плоскости объектива в противоположны направлениях на одинаковую величину таким образом, чтобы положение фокальной плоскости cooTBeTCTBOBajio линейным участкам фокусировочных кривых 7 и 8.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии дефокусировки изображения объектов на приборах с перенсом заряда имеют одинаковый ра:-1мытый характер и характеризуются одинаковым значением максимальной освещенности в ее распределении по гшементам. Дефокусировка объектива 1 приводит к увеличению уровня pci3мытости и, следовательно, к уменьшению максимального значения освещенности в одном оптическом канале и к уменьшению размытости в другом. , Этот эффект сопровождается уменьшением значения сигнала на выходе одного из детекторов 5 экстремального значения и увеличением сигнала на выходе другого детектора экстремального значения. Таким образом, сигнал на выходе сравнивающего устройства 6 характеризует наличие дефокусировки и может быть использован как для ее измерения (в случае стендовой: фокусировки при выполнении юстировочных операций) , так и для ее устр анения.

Предлагаемое устройство для 5.втоматической фокусировки обладает по сравнению сизвестными устройствами более высокой чувствительностью к дефокусировке и точностной надежностью, более широким диапазоном ра.бочих освещенностей, а также более