Устройство автоматической фокусировки объектива

 

Использование: оптическое приборостроение . Сущность изобретения: устройство работает на принципе измерения резкости изображения путем сравнения электрических сигналов, поступающих с датчика дефокусировки , при сканировании изображения по одной строке в двух плоскостях, расположенных перпендикулярно оптической оси объектива по разные стороны от плоскости точной фокусировки. Считывающее устройство датчика дефокусировки выполнено в виде двух непрозрачных дисков с прямоугольными и чередующимися через одну переменной ширины прорезями. Диски закреплены на валу двигателя, смещены относительно друг друга вдоль оптической оси объектива и развернуты между собой на определенный угол. Обработка сигналов проводится в электронном блоке. 2 ил. fc w Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5l)5 G 03 В 3/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4927802/10 (22) 15.04.91 (46) 07.02,93. Бюл. М 5 (71) Всесоюзный научный центр" Государственный оптический институт им.С.И,Вавилова (72) В.M.Ñòåïàíoâ, А.С,Емельянов, А.И.Инюшин, С.Г.Маэюкевич и Б.Н.Струнилин (56) 1. Оптико-механическая промышленность, М 7, 1982,: с. 50, 2. Патент Японии М 57 — 54765; кл. G 03 В 3/00, опублик; 1982, {54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ

ФОКУСИРОВКИ ОБЬЕКТИВА (57) Использование: оптическое приборост. роение. Сущность изобретения; устройство

Изобретение относится к оптическому приборостроению.

Изобретение может быть использовано при разработке телескопических приборов, фотокамер и других оптических устройств с автоматической фокусировкой объектива.

Известны устройства автоматической фокусировки объективов, в которых используются фотодиодные линейки, светоприемные матрицы или линейки светоприемных структур с переносом заряда (11.

Недостаток таких систем, работающих с несколькими фотоприемниками, состоит в том, что для них требуется наличие приемников, обладающих строго одинаковыми светочувствительными параметрами, и сохранение их постоянства во времени при изменении температуры и других внешних факторов. Несоблюдение этих требований снижает точность и надежность работы уст.... Ж,, 1793418 А1

2 работает на принципе измерения резкости иэображения путем сравнения электрических сигналов, поступающих с датчика дефокусировки, при сканировании изображения по одной строке в двух плоскостях, расположенных перпендикулярно оптической оси объектива по разные стороны от плоскости точной фокусировки. Считывающее устройство датчика дефокусировки выполнено в виде двух непрозрачных дисков с прямоугольными и чередующимися через одну переменной ширины прорезями. Диски закреплены на валу двигателя, смещены относительно друг друга вдоль оптической оси объектива и разверйуты между собой на определенный угол. Обработка сигналов проводится в электронном блоке. 2 ил. ройства. Поэтому основными направл:;:,ями дальнейшего развития систем автоматической фокусировки объективов является повышение точности, надежности, расширение светового диапазона и быстродействие их работы.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, содержащее расположенный на оси объектива вращаемый двигателем цилиндр, обращенный к объективу, торец которого имеет ступенчатую форму, при этом в сфокусированном положении объектива плоскость изображения проходит посередине промежутка между плоскостями ступеней торца цилиндра, а внутри цилиндра расположены два световода, передние торцы которых совмещены соответственно с плоскостями ступеней торца цилиндра, задние торцы совмещены с плоскостью противоположного

1793418 торца цилиндра, за которым находится фотоприемик, освещенный поочередно выходящими иэ световодов световыми пучками (2). Для определения резкости изображения проводится сравнение поступающих электрических сигналов, получаемых от одного фотоприемника.

К недостаткам устройства следует отнести малую эффективную светосилу устройства по причине малого поперечного сечения световода, значительных световых потерь при отражении от торцов световода и поглощения в нем, длительное время обработки сигнала, снижающее быстродействие автофокусировки из-за низкой частоты считывания сигнала, влияние модуляции светового потока от источника искусственного освещения на полезный сигнал по причине низкой частоты считывания сигнала, возможность появления ложных сигналов, возникающих при выходе световода из-за непрозрачной диафрагмы на светлый фон и при входе световода в зону за диафрагмой, Целью изобретения является повышение эффективности светосилы, увеличение быстродействия и повышение надежности работы.

Цель достигается тем, что в устройстве автоматической фокусировки объектива, содержащем датчик дефокусировки, фотоприемник, блок обработки сигнала и иополнительный двигатель, датчик дефокусировки выполнен в виде размещенных на одном из концов вала исполнительного двигателя двух непрозрачных дисков с прямоугольными радиальными и чередующимися через одну переменной ширины прорезями, при этом диски смещены относительно друг друга вдоль оптической оси объектива, а прорези меньшей ширины одного диска расположены напротив середины прорезей большей ширины другого диска, а также в виде оптоэлектронной пары с обтюратором, расположенным на другом конце исполнительного двигателя и имеющим число лопастей; равное числу пар прорезей в диске, причем блок обработки сигнала выполнен в виде генератора тактовых импульсов, схемы формирования абсолютного значения сигналов, схемы разделения сигнала, пиковых детекторов, схемы суммирования, трех ключей, дифференциального усилителя, компараторов и разделительного конденсатора, при этом выход схемы формирования абсолютного значения сигналов соединен с одним из входов первого ключа, второй вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, а выход первого ключа соединен с одним из входов схемы разделения сигнала, соединенной другими входами с вторым и третьим выходами генератора тактовых импульсов, а выходами с первыми входами детекторов, вторые входы которых соединены соответственно с четвертым и пятым выходами генератора.тактовых импульсов, выходы детекторов соединены с одними из входов соответственно второго и третьего ключей, другие

"0 входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами генератора тактовых импульсов, выходы второго и третьего ключей соединены с соответствующими входами схемы суммирования, выходом со15 единенной с входом разделительного конденсатора и инвертируемым входом дифференциального усилителя, неинвертируемый.вход которого соединен с выходом разделительного конденсатора, а выходы

20 дифференциального усилителя подключены к входам соответствующих компараторов, выходами соединенных с входами схемы управления.

На фиг. 1 изображена принципиальная

25 схема устройства автоматической фокусировки объектива; на фиг. 2 — блок-схема обработки сигнала устройства автоматической фокусировки объектива.

Устройство автоматической фокусиров30 ки объектива (фиг,1) содержит обьектив 1, двигатель 2, датчик дефокусировки, выполненный в виде расположенных на валу двигателя 2 двух непрозрачных дисков 3 с чередующимися разной ширины прямоугольными радиальными прорезями. Диски

3 разнесены вдоль оптической оси объектива 1 и развернуты относительно друг друга.

Посередине между дисками 3 расположена диафрагма 4. За дисками 3 установлен фо40 топриемник 5, На противоположном конце вала. двигателя 2 установлен датчик углового положения дисков, состоящий из обтюратора 6 (число лопастей равно числу пар прорезей диска 3), закрепленного на

45 валу двигателя 2, и оптоэлектронной пары 7, установленной на корпусе (не показано) датчика дефокусировки. За датчиком дефокусировки расположен электронный блок 8 обработки сигнала, соединенный с исполнительным двигателем 9, кинематически связанным с объективом 1.

В блоке обработкй сигнала (фиг.2) на входе зле ктро н ного "тра кта установлен фильтр 10 высокой частоты, к выходу. кото55 рого подключена схема 11 автоматической регулировки усиления. Выход оптоэлектронной пары 7 датчика углового положения дисков 3 соединен с входом генератора 12 тактовых импульсов, управляющего работой электронного тракта обработки сигнала.

1793418

К выходу схемы 11 автоматической регули- - 5, Электрический сигнал с фотоприемника 5 ровки усиления подключена схема 13 фор- поступает на вход блока 8 обработки сигнамирования абсолютного значения сигнала, ла. Фильтр 10 высокой частоты, установленкотораячерезключ14соединенасосхемой ный на входе электронного блока 8, 15 разделения сигналов, Ключ 14 подклю- 5 выделяет полезные сигналы, несущие инчен к первому выходу генератора 12 такто- формацйю о яркости объекта и дефокусивых импульсов, схема 15 разделения . ровке объектива. Наряду с ними при сигналов подключена к второму и третьему сканировании поля зрения в моменты перевыходам генератора 12 тактовых импульсов. сечения узкой прорезью его границ возни К выходам схемы 15 разделения сигна- 10 кают ложные сигналы, обусловленные лов подключейы пиковые детекторы 16 и 17, появлением и исчезновением фоновой закоторые соединены с четвертым и пятым светки. Ложные сигналы несут информации выходами генератора 12 тактовых импуль- о яркости фона и участвуют совместно с

coB. Ha выходах пиковыхдетекторов16 и17 полезными сигналами в работе схемы 11 подключены ключи 18 и 19, установленные 15 автоматической регулировкиусиления, Схена входе схемы 20 суммирования. Ключи 18 ма 13 формирования абсолютного значения и 19 подключены к второму и третьему вы- сигнала преобразует разнополярные сигнаходам генератора 12 тактовых импульсов. лы, возникающие из-за различного знака

Выход схемы 20 суммирования подключен яркостного контраста объекта, на который к конденсатору 21 и к инвертирующему 20 фокусируется объектив, в сигналы одной повходу дифференциального усилителя 22. лярности,чтонеобходимодляоднозначного

Между неинвертирующим входом диффе- определения направления перемещения ренциального усилителя 22 и выходом схемы обьектива при его фокусировке.

20 суммирования установлен разделитель- Ложные сигналы, возникающие на выный конденсатор 21. К выходу дифференци- 25 ходе фильтра 10 высокой частоты, устраняального усилителя 22 подключены два ются с помощью ключа 14, управляемого компаратора 23 и 24, которые соединены с генератором 12 тактовых импульсов. Рабавходами схемы 25 уйравления, на входе ко- та генератора тактовых импульсов осущеторой установлен исполнительный двига- ствляется от датчика углового положения тель 9. 30 дисков 3 по сигналам от оптоэлектронной

В основе работы устройства автомати- пары 7. Для определения направления печеской фокусировки обьектива лежит прин- ремещения объектива 1 полезный сигнал с цип измерения резкости изображения выхода ключа 14 поступает на схему 15 разпутем сравнения электрических сигналов, деления сигналов по двум каналам, которые последовательно поступающих с фотопри- 35 соответствуют двум плоскостям сканироваемника при сканировании изображения по ния, работа схемы осуществляется по коодной строке в двух плоскостях, располо- . мандам от генератора 12 тактовых женных перпендикулярно оптической оси импульсов. Для повышения чувствительнообъектива по разные стороны от плоскости сти схемы сигналы направляются"на пикоточной фокусировки. 40. вые детекторы 16 и 17, преобразующие

Работает устройство следующим абра- импульсные сигналы, несущие информацию зом. о фокусировке объектива, в квазипостоянПри сканировании иэображения, по- ные .сигналы. Информация, записанная в строенного объективом 1, световой поток пиковых детекторах, стирается перед кажпоочередно проходит сначала, например, 45 дым новым поступлением сигнала в соответчерез узкую прорезь диска 3, расположен- ствующий детектор по командам от ного перед фокальной плоскостью объекти- генератора 12 тактовых импульсов. Перед ва, диафрагму4 и широкую прорезь диска 3, поступлением на схему 20 суммирования расположенного после фокальной плоско- сигналы с помощью ключей 18 и 19, управсти объектива, а при повороте дисков 3 на 50 ляемых генератором 12 тактовых импульугол (n — число пар прорезей на диске 3) сов, преобразуются в сигналы одинаковой происходит схема плоскости, в которой про- длительности, равной времени прохождеводится сканирование, при этом световой ния по полю зрения узкой прорези каждого поток проходит сначала через широкую из дисков 3 считывающего устройства. С прорезь диска 3, расположенного перед фо- 55 выходов ключей 18 и 19 один из сигналов кальной плоскостью обьектива, диафрагму поступает на инвертирующий вход схемы 20

4 и затем узкую прорезь диска 3, располо- суммирования, а другой — на ее неинвертиженногозафокальной плоскостьюобъекти- рующий вход. На выходе суммирующей ва. Пройдя считывающее устройство, схемы 20 сигнал содержит постоянную сосветовой поток попадает на фотоприемник ставляющую, несущую информацию а дефо1793418

30

40

55 кусировке, и переменную составляющую, которая устраняется с помощью дифференциального усилителя 22. Для этого на инвертирующий вход дифференциального усилителя подается полый сигнал, а на его неинвертирующий вход через разделительный конденсатор 21 — только переменная составляющая сигнала. Коэффициенты передачи по обоим входам дифференциального усилителя 22 подбираются таким образом, чтобы на его выходе переменная составляющая сигнала была равна нулю и вырабатывалась только постоянная составляющая, несущая информацию о дефокусировке. С выхода дифференциального усилителя 22 сигнал поступает на два компаратора 23 и 24, реагирующие на полярность и амплитуду сигнала рассогласования.

С выходов компараторов 23 и 24 сигнал поступает на вход схемы 25 управления, котоФормула изобретения

Устройство автоматической фокусировки объектива, содержащее датчик дефокусировки, фотоприемник, блок обработки сигнала и исполнительный двигатель, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективной светосилы, увеличения быстродействия и повышения надежности в работе, датчик дефокусировки выполнен в виде размещенных на одном из концов вала исполнительного двигателя двух непрозрачных дисков с прямоугольными, радиальными и чередующимися через одну прорезями переменной ширины, при этом диски смещены относительно друг друга вдоль оптической оси объектива, а прорези мейьшей ширины одного диска расположены напротив середины прорезей большей ширины другого диска, а также в виде оптоэлектронной пары с обтюратором, расположенным на другом конце исполйительного двигателя и имеющим число лопастей, равное числу прорезей пар в диске, причем блок обработки сигнала выполнен в виде генератора тактовых импульсов, схемы формирования абсолютного значения сигнала, схемы разделения сигнала, пиковых детекторов, схемы суммирования, трех ключей, дифференциального усилителя, компарая включает исполнительный двигатель 9 для перемещения объектива 1 в положение точной фокусировки.

5 Технико-экономический эффект изобре тения заключается в следующем: достигнуто увеличение эффективной светосилы УАФ объектива более чем в 10 раз за счет введения считывающего устрбйства, сокращено в

5-7 раз время обработки электрического сигнала и соответственно увеличено быстродействие системы за счет повышения частоты считывания сигнала и введения в схему блока обработки сигнала дифференциального усилителя, повышена надежность работы

УАФ объектива путем увеличения до 600 Гц частоты считывания при фокусировке на объекты, на которых осуществляется от источников, питаемых переменным током промышленной частоты. раторов и разделительного конденсатора, при этом выход схемы формирования абсолютного значения сигнала соединен с одним из входов первого ключа, второй вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, а выход первого ключа соединен с одним из входов схемы разделения сигнала, соединенной другими входами с вторым и третьим выходами генератора тактовых импульсов, а выходами —. с первыми входами детекторов, вторые входы которых соединены соответственно с четвертым и пятым выходами генератора тактовых импульсов, а выходы детекторов соединены с одними из входов соответственно второго и третьего ключей, другие входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами генератора тактовых импульсов, выходы второго и третьего ключей соединены с соответствующимй входами схемы суммирования, выходом соединенной с входом разделительного конденсатора и с инвертируемым входом дифференциального усилителя, неинвертируемый вход которого соединен с выходом разделительного конденсатора, а выходы дифференциального усилителя подключены к входам соответствующих компараторов, выходами соединенных с входами схемы управления.

1793418

Фиг.2

Составитель С. Коврина

Редактор С, Кулакова Техред М,Моргентал Корректор M. Андрушенко

Заказ 504 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, yn,Гагарина, 101