Устройство для автоматической фокусировки объектива — SU 1068873 (original) (raw)
СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 09) (И) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ. с дополнительн матически связ основным модул хронизатор соед татора, выход блоком управле ым модулятором, кине" нным с диафрагмой и тором, при этом сининен с входом коммуоторого соединен с ия приводом Фокусиров отли",диафрагма ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВ(54)(57) 1; УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОИЯИЧЕСКОЙ ФОКУСИРОВКИ ОБЬЕКТИВА, содержащее оптическую систему, состоящую из основного и дополнительного объективов, визирное устройство, модулятор и Фотоприемник, расположенные в выходном зрачке оптической системы, электронную схему обработки сигнала расФокусировки, содержащую связанные между собой усилитель, блок выделения минимума сигнала, коммутатор с переключателями, блок управЛения приводом Фокусировки объектива, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения чувствительности к расфокусировкам и точности Фокусировки на границе объект - фон, в него введены установленная в передней Фокальной плоскости )дополнительного объектива диафрагма, синхронизатор 2. Устройство по п. 1ч а ю ш е е с я тем, чтовыполнена в виде щели.3. Устройство по п. 1, о т л и" ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения габаритов устройства введен коллектив, установленный за диаФрагмой, при этом диафрагма,коллектив, дополнительный объектив и модулятор жестко связаны между собой и установлены с возможностью вращения вокруг оптической оси.4. Устройство со п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции привода и уменьшения мощности электродвигателя, в нем Фотоприемник соединен с первым переключателем коммутатора, второй переключатель которого через введенный инвертор соединен с синхронизатором, причем переключатели через введенный усилитель соедийены с введенным устройством индикации.Ь 5 Изобретение относится к фотоаппаратуре, конкретно к фотоаппаратам с автоматической Фокусировкой объектива, и может быть использовано в других устройствах,. где требуется автоматическая Фокусировка объектива 5 по границе объект - Фон.Известно устройство для автоматической Фокусировки объ ктива, содержащее, кроме основного объектива, дополнительную короткофокусную линзу, 10 за которой установлены кольцевое диафрагменное устройство и свето- приемник, измеряющий изменение общего светового потока при расфокусировках 13.15. Однако устройство имеет невысокую чувствительность к расфокусировкам, поскольку изменение светового потока ,при расфокусировках незначительно извоза ограничения лучей света кольцевой диафрагмой.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для автоматической фокусировки объектива, содержащее оптическую систему, состоящую из основного и дополнительного объективов визирное устройство, модчлятор и Фотоприемник, расположенные в выходном зрачке оптической системы, электронную схему обработки сигнала рас Фокусировки, включающую усилитель, блок выделения минимума сигнала, коммутатор с переключателями, блок управления приводом фокусировки объектива 1.23. 35В устройстве отсутствует изображение объекта сьемки, поскольку оно работает за счет изменения виньетирования на входном диаметре дополнительной линзы. Однако устройство имеет малую чувствительность к расфокусировкам, так как для значительного изменения распределения освещения на поверхности светоприемника необходимы значительные перемещения 4 основного объектива.Налью изобретения является повышение чувствительности устройства к расфокусировкам.основного объектива н трости Фокусировки по границе объект - Фон, расположенной в произвольном направлении путем определения изменения амплитуды сигнала в момент перемены его Фазы.Указанная цель достигается. тем, что в устройство для автоматической фокусировки объектива, содержащее оптическую систему, состоящую из основного и дополнительного объективов, визирное устройство, модулятор и Фотоприемник, расположенные в выход ном зрачке оптической системы, электронную схему обработки сигнала рас" Фокусировки, включающую усилитель, блок выделения минимума сигнала, коммутатор с переключателями, блок управления приводом Фокусировки объектива, введены установленная в передней фокальной плоскости дополнительного объектива, совмещенной с фокальной плоскостью основного объектива, диафрагма, синхронизатор с дополнительным модулятором, кинематически связанным с диафрагмой и основ" ным модулятором, при этом синхронизатор соединен с входом коммутатора, выход которого соединен с блоком управления приводом фокусировки.При этом диафрагма выполнена в виде щели.С целью уменьшения габаритов устройства в него введен коллектив, установленный за диафрагмой, причем диафрагма, коллектив, дополнительный объектив и модулятор жестко связаны между собой и установлены с возможностью вращения вокруг оптической оси.Кроме того, с целью упрощения конструкции привода и блока управления в режиме ручной подвижки Фокусируемого объектива вустройстве для фокусировки фотоприемник соединен,с первым переключателем коммутатора, второй переключатель которого через введенный инвертор соединен с синхронизатором, причем переключатели через введенный усилитель соединены с введенным устройством индика" ции.На фиг. 1 изображена принципиальная схема фотокамеры с устройством автоматической фокусировки; на фиг,2- графики изменения максимальной амплитуды сигнала в зависимости от дистанции для диафрагмы в виде щели ОиО) и для круглой диаФрагмы (02 и 02); на Фиг, 3 - 5, - графики изменения амплитуды и фазы сигнала при переходе через точное значение дистанции в положении объектива соответственно на дистанции бесконечность, на точном значении дистанции и, на конечном значении дистанции; на Фиг. б электрическая схема синхронизатора," на фиг. 7 - электрическая схема устройства для режима ручной подвижки объектива; на фиг. 8 - электрическая схема фотоприемного устройства; на Фиг. 9 - ход лучей в оптической схеме устройства.Устройство, встроенное в фотоап" парат, состоит из корпуса камеры 1, фокусируемого объектива 2, визирного зеркала 3, выполненного в центральной части полупрозрачным, коллекти" ва 4, на котором нанесено перекрестие, пентапризмы 5, окуляра б, затвора 7, кадрового окна 8, дополнительного зеркала. 9, диафрагмы 10, например, в виде щели, которая расположена в передней фокальной плоскости линзы дополнительного объектива 11, причем плоскость диафрагмы10 оптически сопряжена с плоскостью кадрового окна 8, модулятора 12, коллективной линзы 13, Фотоприемника 14, расположенного вблизи плоскости выходного зрачка оптической системы 2,3,9,10,11,12 и 13, элементов 15 17 редуктора, один из которых 16 представляет собой дополнительный модулятор, электромотора 18, связанного с диафрагмой 10 и модулятором 12 посредством редуктора, передачи 19, с помощью которой осуществляется движение объектива 2 от электромотора 18 под действием сигнала, поступающего с фотоприемн фка.;14 в электронный блок 20 обработки сигнала, включающий усилитель, блок 21 для определения минимума амплитуды сигнала, блок 22 управления электромотором, на который поступает сигналс коммутатора 23, вход которого связан с выходом блока 24 синхронизатора, на который поступает сигнал со светоприемника 25 синхронизатора под действием засветки от светоизлучающего диода 26 синхронизатора. Для реализации ручной подвижки объектива 2 выход коммутатора 23 через ,усилитель 27 соединен с устройством 28 индикации.Устройство работает следунюим образом.После того, как Фотоаппарат наведен на границу объекта расположенную в произвольном направлении в пространстве ху на расстоянии Но от объектива 2, с помощью визирной системы, включающей элементы 3 - 6, включается электромотор, 18, который начинает вращать щель 10 и модуляторы 12 и 16 посредством элементов 15 и 17 редуктора с передаточным отношением 1:1. С фотоприемника 14 снимается сигнал переменной частоты, пропорциональный его освещенности и зависящий от распределе-. ния освещенности в выходном зрачке оптической системы 2,3,9,10,11,12 и 13. Электромотор 18 через передачу 19 начинает двигать объектив 2 (например, от положения Бесконечность в сторону его выдвижения), и изображение границы объекта начинает смещаться вдоль оптическойоси до тех пор, пока граница объектаспроектируется в плоскость нулевойдиафрагмы 10. В этом случае, еслипрямолинейная граница объект - Фонточно проектируется в центр щеловойдиафрагмы 10, все лучи от эоны в туи другую сторону от границы проходятчерез щель диафрагмы 10 и равномерно освещают модулятор 12 и фотоприемник 14,это происходит тогда, когда перекрестие визира (не показано) наведено на границу объекта, а объектив 2 сфокусирован на дистанцию 10 15 20 30 35 40 45 25 50 60 со В этом случае освещенность в пределах выходного зрачка Фокусирующей системы (в плоскости установки фотоприемника 14) оказывается равнрмерной в любой точке зрачка, поэтому при вращении модулятора 12 и щелевой диафрагмы 10 светсвой поток не изменяется, а на блок 20 поступает постоянный сигнал (точнее, минимальный по амплитуде), который и определяет момент точной фокусировки, в результате чего блок 21 выделяет минимум сигнала, а блок 22 управления останавливает электромотор 18, а следовательно, и объектив 2.При смещении объектива 2 от положения точной фокусировки граница объект - фон проектируется перед или эа диафрагмой 10. В этом случае через щель диафрагмы 10 лучи света проходят с частичным виньетированием, причем свет от объекта и от Фона (освещенности Е и Е в плоскости установки диафрагмы 10) попадает на разные части линзы дополнительного объектива 11 и собирается на разных участках фотоприемника 14, создавая неравномерную освеценность в пределах фотоприемника 14. При этом недофокусировке в момент прохождения щели диафрагмы 10 через границу изображения объект - фон, т.е. когда целевая диафрагма 10 параллельна границе объекта, лучи света от темной части изображения проходят на один край Фотоприемника 14, а при перефокусировке объектива 2 лучи света от темной части изобра" жения проходят на противоположный край фотоприемника 14. Поэтому при переходе через положение точной фокусировки фаза сигнала изменяется на 180 . Максимальная амплитуда сигналаопри различных расфокусировках изменяется: чем большая расфокусировка, т.е. величина Д - расстояние объектива от положения точной фокусировки, тем больше максимальная амплитуда сигнала. При вращении щели диафрагмы 10 и модулятора 12 снимаемый с фотоприемника 14 сигнал оказывается переменным, если объектив 2 не сфоку "и- рован: на границу объекта, Этот Факт служит критерием включения блока 22, который управляет электромотором 18, а объектив 2 при этом перемещается. По мере приближения объектива 2 к положению точной фокусировки максимальная амплитуда переменного сигнала уменьшается.В том случае, если перекрестие визира (не показано) наведено неточно на границу объект - фон (линия визирования смещена вправо-влево от границы), то в положении точной фокусировки появляется переменная составляющая сигнала. Однако при вращении щелевой диафрагмы 10 и модулятора 12 максимальные амплитуды сигна 1068873ла при прохождении отверстия щелевойдиафрагмы 10 через границу изображениядважды за период вращения остаютсяпостоянными, частота удваивается,что может служить дополнительнымкритерием определения положения точной фокусировки. При расфокусировках амплитуды сигнала за период вращения оказываются неравными, и этослужит критерием определения неточной фокусировки (расфокусировки). 10При этом максимальная амплитуда сигнала также увеличивается при расфокусировках (подобно случаю точного ви-зирования на границу объекта) .Таким образом,устройство автомати"5ческой фокусировки может осуществлятьподвижку объектива 2 в положениеточной фокусировки по принципу выделения минимума переменного сигнала(по минимуму амплитуды) .20Для упрощения конструкции приводаможно. детали 10 - 13 объединитьв один блок, который вращать совместно от дополнительного модулятора 16колеса, при этом элемент редуктораколесо 15 исключается из схемы привода фокусировки объектива 2. Возможно.применить такой вариант устройства,в котором отверстие диафрагмы 10выполнено круглым. тогда детали 10,11 и 13 остаются неподвижными, а вра-З 0щается лищь модулятор 12, причемколесо 15 также исключается.Для определения момента переменыФазы на 180 ф в устройстве установленсинхронизатор, состоящий из светодио-З 5да 26, светоприемника 25 и электронного блока 24 синхронизатора, причем между светодиодом 26 и светоприемником 25 установлен модулятор 16синхронизатора, вращающийся синхронно с модулятором 12 и щелевой диафрагмой 10,При согласованной работе синхрбнизатора со схемой Фотоприемного устройства,включающего элементы 15 и20, сигнал в зависимости от положения объектива 2 по отношению к положению точной фокусировки имеет различный характер.В момент включения устройстваавтофокусировки объектив 2 находитсяв положении дистанции Бесконеч. ностью и напряжение сигнала изменяется относительно значенйя .Ц с.;опре"деленной частотой; в момент времевиф; амплитуда отрицательна относитель но значения Оз. При приближении объектива 2 к положению точной фокусировки амплитуда сигнала уменьшается, а фаза сигнала остается неизменной. При переходе объектива через 60положение, соответствующее дистанции дф, .Фаза сигнала изменяется на180 ф (в момент времени Ф; амплитудаположительна относительноОО) принеизменном периоде колебанйй.65 Таким образом, по изменению Фазытакже можно определять момент точнойфокусировки.Для того, чтобы определить моментизменения фазы сигнала, электронныйблок 24 синхронизатора соединен скоммутатором 23, который управляетблоком 22, осуществляющим остановкуэлектродвигателя 18.Электрическая схема синхронизатора работает следующим образом.Светодиод 26 засвечивает череж щель модулятора 16 фототранэистор 25. Выходные импульсы прямоугольной формы, снимаются с Ви служат для управления коммутатором 23.В варианте устройства с ручной подвижкой объектива 2 момент точной Фокусировки индицируется с помощью блока 28 (гальванометрический индикатор, вместо которого может быть установлен светодиодный индикатор) .Принципиальная схема состоит иэ электромотора 18, который служит лишь для вращения модуляторов 12 и 16, Фотоприемника 14, синхронизатора 24, усилитель-согласующей схемы 20, коммутирующей схемы 23, усилителя 27 и индикатора 28. Достоинством этой схемы является то, что она вносит минимальные собственные погрешности в работу системы. Цепь С,Рразвязывает схему по постоянной составляющей, А 1 является необходимым связующим звеном для обеспечения замкнутости цепи синхронного коммутатора по постоянной составляющей продетектированного сигнала ( в качестве А 1 может использоваться усилитель). Миллиамперметр выполняет Функции индикатора 28 и сглаживающего звена.После коммутатора 23 снимается сигнал, полярность которого зависит от расфокусировки объектива 2. При недофокусировке полярность сигнала имеет один знак, а при переходе через положейие точной фокусировки знак сигнала изменяется на противоположный. Гальванометр-миллиамперметр 29 включается на выход схемы 27 таким образом, что в положении точной Фокусировки его стрелка (не показано) указывает нуль, а при не" дофокусировке или перефокусировкеплюс или минусИспользование синхронизатора 16,24, 25 и 26 и. коммутатора 23 позволяет получить дополнительную информацию о расфокусировке, т.е. скачок Фазы в положении точной фокусировки. Преимуществами фазового метода по сравнению с амплитудным являются более высокая помехоустойчивость,а также отсутствие влияния изменения амплитуд сигнала, что позволяет использовать усилители в режиме ограииченйя.В схеме выделение положительных либо отрицательных полуволн сигнала осуществляется аналоговым коммутатором 23, переключение которого проиСходит по сигналам синхронизатора.Устройство индикации может быть установлено и в режиме подвижки объ" екта 2 электромотором 18, в этом случае оно служит для контроля автоматической отработки подвижки объектива 2. 10В электрической схеме фотоприемного устройства системы автофокусировки фотоприемник с операционным усилителем объединены в о ин узел фотоприемника 14, который выполняет ся в экранированном корпусе, чтобы исключить помехи. На вход операционного усилителя А 1 (типа 140 УД 8) включен фотодиод Д 1 (например, типа ФД 24 К),диод Д 2 служит для получения линейной люкс-вольтовой характеристики в рабочем диапазоне освещенностей устройства автофокусировки. Усилительный блок 20 также построен на операционном усилителе А 2, коэффициент усиления которого может изменяться при настройке схемы, а при необходимости он может быть отключен и работать будут только элементы узла Фотоприемника 14. В устройстве на фотоприемник 14 проходят все лучи .,от объектива 2,(М ), прошедшие через диафрагму 10, установленную в плоскости А. При этом установка коллективной линзы 13 (Ч) позволяет уменьшить габариты линзы дополнительного обьектива 11 (М). Величина сввтового потока, прощедшего на. фотоприемник 14, зависит от радиуса у , от оптической оси системы. Сис:тема Фокусировки работает даже при 40 диафрагмировании объектива 2, так как фотоприемник 14 освещается, хотя размер выходного зрачка уменьшается. Это важно для зеркальных фотоаппаратов, в которых применяют ся сменные объективы различной светосилы. Все это позволяет повысить чувствительн 9 сть устройства и работать по объектам с более низкой яркостью.Установка щелевой диафрагмы 10 вместо круглой повышает чувствительность системы к расфокусировкам.В положении точной фокусировки (дистанция до) напряжение снимаемого сигнала близко к величине О . В этой точке пересекаются. огибающие переменного сигнала 0 н 0 (при этом 01 характеризует измененйе освещенности половины фотоприемника 14 в одну сторону от границы объект " фон, а О - изменение освещенности второй половины Фотоприемника 14, в другую сторону от границы). Угол наклона прямых 0 и,О к оси характеризует чувствительность системы к расфокусировкам. Прямые. О и .У соответствуют изменению сигнала при использовании щелевой диафрагмы 10, а прямые .02 и Оу - при круглой диафрагмй, площадь которой равна площади щели, т.е, при одинаковых световых потоках, "рошедших на фотоприемник 14.Более высокая чувствительность к расфокусировкам устройства со щелевой диафрагмой вызвана более значительным виньетированием границы объекта при расфокусировках относительно щели (вместо круглой диафрагмы)Таким образом, введение диафрагмы в виде щели и установка ее в передней фокальной плоскости дополнительного объектива, введение синхронизатора и дополнительного модулятора, кинематически связанного с основным модулятором и щелевой диафрагмой, соединение Фотоприемника с блоком веделения минимума переменного сигнала, а так.-е соединение синхронизато.ра с коммутатором, который переключает блок управления привода фокусировки в момент скачка фазы, повыаает точность Фокусировки.Устройство может работать по границе объект - фон, распсложенной в произвольном направлении.Ю.Макаренк исное Филиал ППП Патентф, г. Уигород, ул. Проектная,акав 11460/41 Тираа ВНИИПИ Государст по делам изобр 113035, Москва, 468 Подлнного комитета СССРений и открытий35, Раушская наб., д.4