Способ автоматической фокусировки оптической системы и устройство для его осуществления

 

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

СОЮЗ СОВГТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕ CKVIX

РЕСПУБЛИК (51)с G 03 В 3/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4913477/10 (22) 29.01,91 (46) 15,04.93. Бюл. М 14 (71) Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии (72) В,С;Плотников, А,Ф,Стецейко и И.B.Ôeдина (56) Шульман М,Я. Автоматическая фокусировка оптических систем, Л.; Машиностроение, 1990.

Патент Японии М 61-4010, кл. G 03 В 3/12. 1986, Патент США N 3614921, кл. G 03 В 3/12, 1971.

„„5Ц „„180941 4 А1 (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ФОКУСИРОВКИ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 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 которогосоответствуют 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.

1809Л14

1 эобретение 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 иэображения.

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- 20 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- 25 ки работает следующим образом, Изображение А диафрагмы 3, подсвеченной источником света 5,-через конденсатор 4, формируется периферийным пучком объектива 2 и автоколлимационным зерка- 30 лом 1 в фокальной плоскости камеры в зоне координатно-чувствительного приемника 6, ориентированного по линии А — О, где точка

Π— центр кадра.

Координате изображения А р соответ- 35 ствует начальная установка камеры, отфокусированной на бесконечность. При этом лучи света выходящего иэ объектива пучка будут параллельны, в том числе и в зоне автоколлимационного зеркала. При воз- 40 никновении расфокусировки ЛГ по любой причине (термобарические изменения фокусного расстояния объектива, температурные изменения длины корпуса камеры и др.) диафрагма не будет совпадать с фокальной 45 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 (+Л f ) или расходя- 50 щимся -Af ).

При автоматической фокусировке на бесконечность изменение. координаты изображения диафрагмы на фотоприемнике по сравнению с исходным положением в точке

Ао на величину Л !ф = A оА будет служить сигналом для соответствующей подвижки объектива до положения, когда A !ф =- А оА =

=О (ЛГ = О).

При фокусировке на заданную дистанцию до объекта сигнал о величине дистанции Z поступает в вычислительный блок 7, который вычисляет соответствующее смещение изображения Л !х = 2Г (())" + p")/ð" ), 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 Ao Ax = Л !х, а возможное изменение фокусировки по любым причинам на величину А Г, приводящее к смещению иэображения на А !ф, будет и в этом случае выбираться и отрабатываться приводом автоматически.

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

X =ЛГ;

Ф Ф

Л!ф=2Г. ;

1г 1 1 (т+Г) где X — координата плоскости изображения предмета, находящегося на расстоянии Х;

Л Г вЂ” величина расфокусировки, вычисляемая блоком вычисления и формирования сигнала;

Л !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):

Ь Iх = 2f ((ф + p")/р" );

t1

2."Г Z .r

+Z /,Т2 „2" у12

Г+ р где r — расстояние от оптической оси до диафрагмы;

à — переднее фокусное расстояние объектива,.

При этом координата предмета Х задается сигналом с датчика дистанции, не входящего в; вычислительный блок выдает сигнал на смещение h, IX начальной установки (Ao) координатно-чувствительного приемника изображения диафрагмы„которое отрабатывается приводом до смещения изображения в точку(Ао+Ь |х) на приемнике, 1809414

При осуществлении фокусировки на бесконечность в длиннофокусных узкоугольных системах, например, кинотеодолитах и телескопах, в которых соотношение г/Г 0,01 смещением главного луча (угол ф) при расфокусировке в пределах ЛГ = (0,001-.0,002)f можно пренебречь, B камерах с более широким угловым полем для достижения соотношения г/Г 0,01- установку диафрагмы и фотоприемника можно осуществить в плоскости сопряженной с фокальной плоскостью и расположенной перпендикулярно к последней, за счет отвода части пучка лучей диагональным полупрозрачным зеркалом с соответствующим п окрытием.

При необходимости повышения. точности фокусировки на заданную дистанцию коордийаты смещения изображения hlz на фотойриемнике могут быть получены путем калибровки по реальным объектам и заложены в блок памяти микропроцессорного устройства вычислительного блока..

Формула изобретения .I, Способ автоматической фокусировки оптической системы, заключающийся в том, что строят изображение диафрагмы, расположенной в зоне периферийного светового пучка объектива, и анализируют изменение сходимости периферийного светового 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 автоколлимационного изображения диафрагмы по отношению к координате, соответствующей начальной установке анализируемой оптической системы, равной нулю.

2. Способ по и. 1, о т л и ч э о щ и и r я тем, что, с целью обеспечения фокусировки на заданную дистанцию. по заданной дис. танции Х вычисляют смещение hix автокол5 лимационного изображения диафрагмы из соотношения

h Ix = 2f ((ф" + p"}/ð" ), 10 где à — заднее фокусное расстояние анализируемого объектива; ф — угол изменения наклона главного луча к оптической оси; ф — угол сходимости периферийного

15 пучка, соответствующий заданной дистанции Х; и формируют сигнал для управления смещением объектива.

3. Устройство автоматической фокуси20 ровки оптической системы. содержащее источник света, конденсатор, расположенную в периферийной зоне светового пучка объектива диафрагму, координатно-чувстви. тельный приемник, а также блок управления

25 с приводом подвижки объектива, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, .с целью повышения точности и обеспечения возможности фокусировки на заданную дистанцию, в него введены установленное на периферии

30. входного зрачка перед первой поверхностью объектива. перпендикулярно к главному лучу пучка отражающее зеркало и блок вычисления и формирования сигнала, вход которого подключен к координатно-чувстви35 тельному приемнику, а выход — к блоку управления приводом подвижки объектива, при этом диафрагма установлена в фокальной плоскости объектива, а координатночувствительный приемник расположен

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

Составитель С, Коврина

Техред М.Моргентал Корректор Т. Вашкович

Редактор

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

Заказ 1285 Тираж Подписное

ВКИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5