Устройство для автоматической фокусировки объектива

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ФОКУСИРОВКИ ОБЪЕКТИВА, содержащее установленные по ходу луча связаийый с приводом объектив, узел сдвига изображения, связанный с автономным приводом, и передающую телевизионную трубку, а также видеоусилитель , блок разверток, первый ключ, второй ключ, дешифратор, схему сравнения , пиковый детектор, фильтр высокой частоты, регистратор, причем выход схемы сравнения соединен с входом привода объектива, выход передающей телевизионной трубки соединен с входом фильтра высокой частоты через видеоусилитель а выход блока разверток соединен с первым входом передающей телевизионной трубки, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности фокусировки в широких диапазонах изменения яркости и контраста объекта съемки, в него введены генератор, первый, второй, третий и четвертьй ждущие тультивибраторы, счетчик-делитель, двухпплупериодньй вьтрямитель, логаp (iv:.at., дополнительный ключ, первый и второй блоки запоминания, блок автоматической регулировки усипения и светоделитель, расположенный на оптической оси между объективом и узлом сдвига изображения и отклоняющий часть лучей на регистратор, при этом выход генератора соединен с входом блока разверток, входом счетчикаделителя , с первым входом дешифратрра и входом третьего ждущего мультивибратора , выходом подключенного к второму входу де яифратора через четвертый ждущий мультивибратор, второй выход блока разверток соединен с третьим входом дешифратора через соединенные последовательно первый vO и второй ждущий мультивибраторы, выход Ультра высокой частоты соединен с первым входом дополнительного ключа через соединенные последовательно двухполупериодный вьтрямитель и логарифматор , первый выход дешифратора подключен к второму входу дополнительного ключа, выходом соединенного с первым входом пикового детектора, СП выход которого подключен к первым i входам первого и второго ключей, второй и третий выходы дешифратора соео динены с вторыми входами первого и второго ключей соответственно, выходы которых подключены к соответствующим входам первого и второго блоков запоминания, выходами соединенных с соответствующими входами схемы сравнения , при этом разрядные выходы счет чика-делителя соединены с соответствующими входами дешифратора, четвертый выход которого соединен с вторым .входом пикового детектора, пятый выход дешифратора соединен с входом автономного привода, выход.видеоуси

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) G 03 В 3/00

О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTQPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изоьРетений и Отк ы1тий (21) 3663331/24-10 (22) 17. 11.83 (46) 15.04.85. Бюл. P 14 (72) Е.М.Апарин, В.И. Верютин, А. Б. Косыгин, С.В. Кулагин, В. С.Туркин и Г.В.Шифферс (71) МВТУ им. Н. Э. Баумана (53) 681.4.07 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

У 920614, кл. С 02 В 27/10, 1982.

2.Патент США 8 2838600, кл. 178-7.92, опублик. 1958 (прототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО ДПЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ФОКУСИРОВКИ ОБЪЕКТИВА, содержащее установленные по ходу луча связанный с приводом объектив, узел сдвига изображения, связанный с автономным приводом, и передающую телевизионную трубку, а также видеоусилитель, блок разверток, первый ключ, второй ключ, дешифратор, схему сравнения, пиковый детектор, фильтр высокой частоты, регистратор, причем выход схемы сравнения соединен с входом привода объектива, выход передающей телевизионной трубки соединен с входом фильтра высокой частоты через видеоусилитель, а выход блока разверток соединен с первым входом передающей телевизионной трубки, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности фокусировки в широких диапазонах изменения яркости и контраста объекта съемки, s него введены генератор, первый, второй, третий и четвертый ждущие мультивибраторы, счетчик-делитель, двухпслупериодный выпрямитель, логариф":а ор, доцолнительний ключ, пер

М двухполупериодный выпрямитель и логарифматор, первый выход дешифратора подключен к второму входу дополнитель. ного ключа, выходом соединенного с первым входом пикового детектора, выход которого подключен к первим входам первого и второго ключей, второй и третий выходы дешифратора соединены с вторыми входами первого и второго ключей соответственно, выходы которых подключены к соответствую-. щим входам первого и второго блоков запоминания, выходами соединенных с соответствующими входами схемы сравнения, при этом разрядные выходы счет чика-делителя соединены с соответствующими входами дешифратора, четвертый выход которого соединен с вторым .входом пикового детектора, пятый выход дешифратора соединен с входом автономного привода, выход,видеоуси11 лителя подключен к второму входу передающей телевизионной трубки через блок автоматической регулировки усиления, передающая телевизионная трубка выполнена с накоплением заряда, 50á04 а узел сдвига изображения выполнен в виде вибрирующего зеркала, расположенного в ходе оптических лучей между светоделителем и передающей телевизионной трубкой.

Изобретение относится к оптикоэлектронным системам, предназначенным для осуществления автоматической фокусировки объективов, и может быть использовано в приборах, где требует ся автоматическое получение во время съемки резкого изображения объекта.

Известно устройство автоматической фокусировки объективов, которое содержит расположенные последователь- щ но в ходе лучей Аокусируемый объектив, светоделитель, волоконно-оптическую шайбу са ступенчатым входным торцом и диссектор P1).

Площадки входного торца волоконно- 1 . оптической шайбы расположены симметрично относительно плоскости, сопряженной с плоскостью Аатоматерияла.

Таким образом, диссектор сканирует предфокальное и зафокальнае изображе- Zp ние объекта съемки. Существенным недостатком этого устройства является то, что дисеектор сканирует предфокальное и зафакальнае изображения разных участков объскта, что в случае25 произвольных по конфигурации и контрасту объективов приводит к существенным ошибкам в фокусировке объектива. К недостаткам этого устройства следует отнести также малый диапазон яркостей объекта съемки, в котором оно оказывается работоспособным.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство автоматической фокусировки объектива, содержащее Аокусируемый объектив, привод объектива, узел сдвига изображения в виде стеклянных пластин разной толщины, собранных в одной оправе и вращающихся 40 относительно общего центра симметрии с определенной частотой, привод узла сдвига изображения, передающую телевизионную трубку, видеоусилитель, блок разверток, первый ключ, второй ключ, дешиАратор положения узла сдвига изображения, схему сравнения, пиковый детектор, Аильтр высокой частоты и регистратор, причем выход схемы сравнения соединен с входам привода Аокусируемого объектива, выход передающей телевизионной трубки соединен с входом фильтра высокой частоты через видеоусилитель, а выход блока развертак соединен с входом передающей телевизионной трубки.

Принцип работы устройства основан на дифференциальном сравнении степени резкости равнаудаленных от плос-. кости иэображения объекта, Аормируемого фокусируемым объективом. В качестве анализатора резкости изображений используется передающая телевизионная трубка, которая преобразует освещенность на ее фатокатоде в переменный электрический сигнал, обрабатываемый электронной схемой, выделяющей сигнал для управления приводам объектива в соответствии с величиной и знаком расфакусировки f2 ).

Недостатком устройства является ухудшение качества изображения, формируемого объективом, иэ-эа наличия плоско-параллельной пластинки, установленной в сходящемся пучке лучей, а также из-за искажений, вносимых пластинами узла сдвига, имеющими различную толщину (или при равной толщине различные показатели преломления). Таким образом, известное устройство автоматической Аокусировки анализирует различные по качеству изображения даже в там случае, когда фокусируемый объектив в процессе Аакусировки установлен в правильное положение. Эта приводит к появлению трудно устранимой систематической погрешности в фокусировке.

Цель изобретения — повышение точности фокусировки в широком диапазо1150604 не изменения яркости и контрастности объекта съемки.

Указанная цель достигается тем, что в устройство автоматической Аокусировки объектива, содержащее уста- 5 новленные по ходу луча связанный с приводом объектив, узел сдвига изображения, связанный с автономным приводом, и передающую телевизионную трубку, а также видеоусилитель, блок 1О разверток, первый ключ, второй ключ, дешифратор, схему сравнения, пиковый детектор, фильтр высокой частоты и регистратор, причем выход схемы сравнения соединен с входом привода объектива, выход передающей телевизионной трубки соединен с входом фильтра высокой частоты через видеоусилитель, а выход блока разверток соединен с первым входом передающей 2п телевизионной трубки, введены генератор, первый, второй, третий н четвертый ждущие мультивибраторы, счетчикделитель, двухполупериодный выпрямитель, логарифматор, дополнительный ключ, первый и второй блоки запоминания, блок автоматической регулировки усиления и светоделнтель, расположенный на оптической Оси между объективом и узлом сдвига изображения и отклоняющий часть лучей на регистратор, причем выход генератора соединен с входом блока разверток, входом счетчика-делителя, с первым входом дешифратора и входом третьего ждущего мультивибратора,выходом подключенного к второму входу дешифратора через четвертый ждущий иультивибратор, второй выход блока разверток соединен с третьим входом дешифратора через соединенные последовательно первый и второй ждущий мультивибраторы, выход Анльтра высокой частоты соединен с первым вхОдом дОПОлнительнОГО ключа через 45 соединенные последовательно двухполупериодный выпрямитель и логариАматор, . первый выход дешифратора подключен к второму входу дополнительного ключа, выходом соединенного с первым входом пикового детектора, выход которого подключен к первым входам первого и второго ключей, второй и третий выходы дешиАратора соединены с вторыми входами первого и второго ключей соответственно, выходы которых подключены к соответствующим входам первого и второго блоков запоминания, выходами соединенных с соответствующими входами схемы сравнения, при этом разрядные выходы счетчика-делителя соединены с соот" ветствующими входами дешифратора, четвертый выход которого соединен с вторым входом пикового детектора, пятый выход дешиАратора соединен с входом автономного привода, выход видеоусилнтеля подключен к второму входу передающей телевизионной трубки через блок автоматической регулировки усиления, передающая телевизионная трубка выполнена с накоплением заряда, а узел сдвига изображения выполнен в виде вибрирующего плоского зеркала, расположенного в ходе оптических лучей между светоделителем и передающей телевизионной трубкой.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства автоматической Аокусировки; на Фиг. 2 — форма сигнала на выходе генератора; на Аиг. 26 и 28 форма сигнала на разрядных выходах счетчика-делителя на четыре; на фиг. 2а -Аорма сигнала на выходе

4-ro ждущего мультивибратора; на фнг. 2а, 2е, 2, 2 у и 2 и показана

Форма сигналон на первбм, втором, третьем, четвертом и пятом выходах дешифратора соответственно. На Аиг.,З. показаны строчные импульсы, поступающие на вход ждущего мультивибратора; на Аиг. 3 5 — Аорма сигнала на выходе первого ждущего мультивибратора; на Аиг. 3 B — форма сигнала на выходе второго ждущего иультивибратора.

Устройство автоматической Фокусировки объектива содержит следующие узлы и блоки: фокусируемый объектив 1, механически соединенный с приводом 2, светоделитель 3, формирующий изображение объекта совместно с фокусируемым объективом 1 на светочувствительной поверхности регистратора 4 (не показана); узел 5 сдвига изображения, представляющий собой зеркало, совершающее воэвратнопоступательное движение с помощью привода 6, при этом привод 6 узла 5 сдвига изображения может быть выполнен с виде электромагнитного механизма или электроакустического преобразователя, на подвижном элементе которого укреплено плоское зеркало: передающую телевизионную трубку 7, 1150604 выполненную с накоплением заряда; видеоусилитель 8, предназначенный для усиления слабого сигнала, снима" емого с передающей телевизионной трубки 7, и получения сигнала, используемого в блоке автоматической регулировки усиления 9, введенного в устройство для расширения рабочего диапазона яркостей объекта съемки; фильтр 10 высокой частоты, под- 10 ключенный к выходу видеоусилителя 8 и пропускающий только.высокочастотную составляющую сигнала, который после фильтра 10 высокой частоты выпрямляется с помощью двухполупериодного выпрямителя 11, логариАМируется в лагарифматоре 12, введенном в устройство для расшйрения диапазона изменения контраста объектов съемки, и подается через дополнительный 20 ключ 13 на первый вход пикового детектора 14; первый ключ 15 и второй ключ 16, предназначенные для комму- тации выхода пиковога детектора 14 с входами первого блока 17 и второго 2s блока 18 запоминания, выходы которых соединены с соответствующими входами схемы сравнения t9, выходной сиг нал которой управляет приводом 2, пе ремещающим в процессе фокусировки ЗО объектив 1 вдоль оптической оси. Устройства также содержит блок раэвертон

20, включающий 8 себя два генератора (не показаны) кадровых и строчных импульсов, которые обеспечивают кад- ровую и строчную развертки s передающей телевизионной трубке 7 при сканировании изображения, первый 2t, второй 22, третий 23 и четвертый 24 ждущие мультивибратары,генератор 25 импульсов, который совместно.со счетчиком-делителем 26 и дешифратарам 27 используется для синхронизации работы всех блакав устройства. Частота генератра 25 составляет 50 Гц. . 45 Для работы устройства необходима обеспечить при любом положении зеркала узла 5 сдвига изоСражеиия считывание передающей телевизионной трубкой 7 нескольких кадров. Так как пе- >О редающая телевизионная трубка выполнена с накоплением заряда, то первый кадр используется для накопления заряда, а второй кадр - для считывания .иэображения. Поэтому в случае исполь- 5 зования передающей телевизионной трубки 7 с накоплением заряда при анализе качества изображения па всему кадру достаточно применить счетчик-делитель 26 с коэффициентом деления, равным четырем. Генератор 25 импульсов подключен к входу блока развертак 20, к первому входу дешифратара 27, к входу счетчика-делителя 26 и через третий ждущий мультивибратор 23 и четвертый ждущий мультивибратор 24, которые соединены последовательно, к второму входу дешифратора 27.

Блок 20 также соединен с третьим входом дешийратара 27 последовательно через первый 21 и второй ?2 ждущие мультивибраторы. Разрядные выходы счетчика-делителя 26 подключены к соответствующим входам дешифратора

27. Сигнал с первого выхода дешифратара 27 управляет работой дополнительного ключа 13. Сигналы с второго и третьего выходов дешифратора

27 управляют работой первого ключа

15 и второго ключа 16 соответственна. Сигнал, снимаемый с четвертого выхода дешифратора 27, обеспечивает разряд накопительного конденсатора (не показан) пикового детектора 14.

Сигнал, снимаемый с пятого выхода . дешифратара 27, управляет работой привода 6 узла 5 сдвига иэображения.

Устройство работает следующим образом.

Строчные импульсы (Фиг. За) с блока разверток 20 запускают первый ждущий мультивибратор 21. Задний фронт выходного сигнала (Фиг. 3 6) первого ждущего мультивибратора 21 занускает второй ждущий.мультивибратор 22, выходной сигнал (фиг. 38) которого поступает на третий вход дешифратора 27. Постоянные времени

, и ь первого и второго ждущих мультивибраторов 21 и 22 выбраны таким образом, чтобы их сумма была меньше временнога интервала между импульсами, а постоянная времени,— больше длительности строчного импульса. Выходной сигнал (Фиг. 38) второго ждущего мультивибратора 22 управляет работой дешифратора 27 таким образом, что сигнал (фиг. 23) на первом выходе дешифратора 27, поступающий на вход дополнительного ключа 13, "вырезает" из видеосигнала строчные импульсы. Аналогично работают третий 23 и четвертый 24 ждущие мультивибратары, "вырезающие" из видеосигнала кадровые импульсы.

Сигнал (фиг. 2a) с генератора 25

1150604 8 поступает на вход счетчика-делителя

26, сигналы с разрядных выходов которого подаются на соответствующие входы деамфратора 27. Сигнал (Лиг.2и) с пятого выхода дешифратора 27 управ- ляет работой привода 6, перемешающего зеркало узла 5 сдвига изображения таким образом, что передающая телевизионная трубка 7 сканирует предфокальное и зафокальное иэобра- 10 жения объекта съемки в течение двух кадров каждое. Выходной сигнал (фиг. 23) с первого выхода дешифратора 27 управляет работой дополнительного ключа 13 таким образом, что он открыт только во время сканирования второго кадра в каждом положении зеркала узла 5 сдвига изображения.

Выходные сигналы (фиг. 2е н 2*) с второго и третьего выходов дешифрато-g0 ра 27 управляют работой первого ключа 15 и второго ключа 16. Сигнал (фиг. 2a) с генератора 25, поступающий на вход блока разверток 20, синхронизирует работу привода 6 узла 5 сдвига изображения и развертки таким образом, что сканирование первого кадра начинается одновременно с перемещением зеркала узла 5 сдвига изображения из одного крайнего положения в другое.

При сканировании первого кадра (например, предфокального иэображения - фиг. 2) дополнительный ключ 13 закрыт и происходит накопление заряда на светочувствительной поверхности передающей телевизионной трубки 7.

В конце первого кадра выходной сигнал (фиг. 23) с четвертого выхода дешифратора 27 разряжает накопительный конденсатор пикового детектора

14. Нри сканировании второго кадра дополнительный ключ 13 открыт кроме временных интервалов, когда присутствуют строчные импульсы (фиг. 23) и максимальное значение высокочастотных составляющих видеосигнала регистрируется пиковым детектором 14.

При сканировании следующего кадра (уже зафокального изображения) дополнительный ключ 13 закрыт, а первый ключ 15 открыт, что обеспечивает запись максимального значения высокочастотных составляющих видеосиг-1 нала в первый блок запоминания 17.

В конце сканирования этого же кадра происходит разряд накопительного конденсатора пикового детектора 14, затем (при сканировании следующего кадра) открывается дополнительный ключ 13, и максимальное значение высокочастотных составляющих видеосигнала (для зафокального изображения) регистрируется пиковьм детектором 14.

Во время следующего кадра открйвается второй ключ 16 и максимальное значение высокочастотных составляющих видеосигнала (для зафокального изображения) записывается во второй блок запоминания 18. Выходной сигнал схемы сравнения !9, которая сравнивает максимальные значения высокочастотных составляющих сигналов для предфокального и зафокального изображений, хранящихся в первом блоке запоминания 17 и втором блоке запоминания 18, поступает на привод

2, перемещающий объектив 1 в процессе фокусировки до тех пор, пока сравниваемые величины не станут равными.

Это соответствует тому, что иэображение объекта сфокусировано на светочувствительной поверхности регистратора 4, в качестве которого могут быть использованы передающая телевизионная трубка, фото- или кинопленка и другие светочувствительные материалы, Данное устройство автоматической фокусировки объектива обладает по сравнению с известнычи устройствами более высокой чувствительностью к дефокусировке, может работать в более широком диапазоне яркостей объектов съемки и в большем„ диапазоне изменения контраста объектов съемки.

Кроме того, воэможность изменения расстояния между плоскостями анализа изображения обеспечивает работоспособность данного устройства при использовании сменных объективов, имеющих различные расфокусировочные кривые.

1150604

1150á04

Фиг, 3

ВНИИПИ Заказ 2140/36 Тираж 448 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4