RU1789964C

RU1789964C - Two-step lens automatic focusing system

Info

Publication number: RU1789964C
Application number: SU904890492A
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Данилов
Original assignee: Центральное конструкторское бюро "Фотон"
Priority date: 1990-12-13
Filing date: 1990-12-13
Publication date: 1993-01-23

Abstract

Использование: в фототехнике. Сущность изобретени заключаетс в том, что устройство содержит объектив 1, светоделитель 2, два фотоприемника 3, 4, устройство сравнени сигналов фотоприемников 5, формирователь управл ющего сигнала 6, привод объектива 7, анализатор уровн сигнала сравнивающего устройства 8, второй формирователь управл ющего сигнала 9, привод фокусирующей линзы 10, фокусирующую линзу 11. Световой поток от объектива попадает на светоделитель, который раздел ет его на две части. Кажда часть светового потока попадает на свой фотоприемник , который вырабатывает электрический сигнал и подает его на устройство сравнени . В зависимости от результата сравнени формируетс управл ющий сигнал , который подаетс на привод объектива, а тот перемещает объектив, грубо отрабатыва дефокусировку оптической системы. Электрический сигнал от устройства сравнени поступает также на анализатор уровн сигнала, а затем - на формирователь управл ющего сигнала второго канала. Этот управл ющий сигнал поступает на привод, перемещающий фокусирующую линзу дл более точной отработки дефокусировок оптической системы. 1 ил.Usage: in photographic equipment. The invention consists in that the device comprises a lens 1, a beam splitter 2, two photodetectors 3, 4, a device for comparing the signals of the photodetectors 5, a driver of the control signal 6, a drive of the lens 7, a signal level analyzer of the comparison device 8, the second driver of the control signal 9 , a drive of the focusing lens 10, a focusing lens 11. The light flux from the lens is incident on a beam splitter, which divides it into two parts. Each part of the luminous flux enters its photodetector, which generates an electrical signal and supplies it to the comparison device. Depending on the result of the comparison, a control signal is generated that is applied to the lens drive, which moves the lens, roughly working out the defocusing of the optical system. The electrical signal from the comparator is also fed to a signal level analyzer, and then to the driver of the control signal of the second channel. This control signal is applied to a drive that moves the focusing lens to more accurately refine defocusing of the optical system. 1 ill.

Description

Изобретение относитс к фототехнике, а именно к устройствам автоматической фокусировки фотоаппаратов.FIELD OF THE INVENTION The invention relates to photographic equipment, and in particular to automatic focusing devices for cameras.

Известны системы автоматической фокусировки , в которых световой поток, прошедший объектив, раздел етс на две части, и кажда часть направл етс на свой фотоприемник. Электрические сигналы фо- трп ШМЙиУбвЧсравниваютс между собой. В зависимости бҐ результата сравнени вырабатываетс управл ющий сигнал, который поступает на привод, а тот приводит объектив в такое положение, при котором дефокусировка фотоаппарата отсутствует. При этом сигналы фотоприемников равны.Auto focus systems are known in which the light flux transmitted by the lens is divided into two parts and each part is directed to its photodetector. The electrical signals of the SHMYUUBVHF photo are compared with each other. Depending on the result of the comparison, a control signal is generated, which is fed to the drive, which drives the lens to a position in which there is no defocusing of the camera. In this case, the signals of the photodetectors are equal.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению вл етс оптическое фокусирующее устройство, содержащее объектив, разделительную призму, первый и второй фотоприемники, средство, вырабатывающее сигнал сравнени величины сигналов фотоприемников, и устройство дл регулировки фокусного рассто ни оптической системы. Недостатками этого устройства вл ютс малый диапазон устран емых дефокусировок и мала точность фокусировки, так как используетс од- йа ступень фокусировки.Closest to the technical nature of the present invention is an optical focusing device comprising a lens, a separation prism, first and second photodetectors, means for generating a signal for comparing the magnitude of the signals of the photodetectors, and a device for adjusting the focal length of the optical system. The disadvantages of this device are the small range of eliminated defocusing and the low accuracy of focusing, since a single focusing stage is used.

Цель изобретени - повышение точности фокусировки и расширение диапазона устран емых дефокусировок.The purpose of the invention is to improve focus accuracy and expand the range of eliminated defocuses.

Поставленна цель достигаетс тем, что в двухступенчатую систему автоматической фокусировки объектива, содержащую светоделитель , а также первый и второй фотоприемники , установленные в образованных светоделителем оптических каналах со смещением относительно фокальной плоскости объектива в противоположных направлени х на одинаковую величину, последовательно соединенные устройство сравнени сигналов фотоприемников, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго фотоприемников , формирователь управл ющего сигнала и привод объектива, введены фокусирующа линза, а также второй канал регу- лировани фокусировки объектива, включающий последовательно соединенные анализатор уровн сигнала сравнени , вход которого соединен с выходом устройства сравнени сигналов фотоприемников, формирователь управл ющего сигнала и привод фокусирующей линзы, причем фоку-, сирующа линза установлена с возможностью перемещени вдоль оптической оси объектива перед светоделителем.This goal is achieved by the fact that in a two-stage system of automatic focusing of the lens containing the beam splitter, as well as the first and second photodetectors installed in the optical channels formed by the beam splitter with the same magnitude offset from the focal plane of the lens in opposite directions, the photodetector signal comparison device connected in series the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second photodetectors, form a control signal and a lens drive, a focusing lens is introduced, as well as a second channel for adjusting the focus of the lens, including a series-connected analyzer of the level of the comparison signal, the input of which is connected to the output of the device for comparing the signals of the photodetectors, the driver of the control signal and the drive of the focusing lens, a focusing lens is mounted to move along the optical axis of the lens in front of the beam splitter.

Положительный эффект заключаетс в том, что система позвол ет обрабатывать больший диапазон дефокусировок с большей точностью, Кроме того, благодар введенному второму каналу, увеличиваетс динамическа точность системы фокусировки. На систему фокусировки действуют различные возмущени (изменение температуры и давлени окружающей среды, а также рассто ни до фотографируемого объекта). Второй канал управлени перемещает фокусирующую линзу, котора вл ет0 с менее инерционным элементом, чем объектив. В результате система фокусировки способна отрабатывать больший частотный спектр действующих возмущений, что расшир ет эксплуатационные возможностиThe positive effect is that the system allows you to handle a larger range of defocusings with greater accuracy. In addition, thanks to the introduced second channel, the dynamic accuracy of the focusing system is increased. Various disturbances (changes in the temperature and pressure of the environment, as well as the distance to the subject being photographed) act on the focusing system. The second control channel moves the focusing lens, which is with a less inertial element than the lens. As a result, the focusing system is able to work out a larger frequency spectrum of operating disturbances, which extends the operational capabilities

5 фотоаппарата.5 cameras.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемой системы автоматической фокусировки .The drawing shows a block diagram of the proposed automatic focus system.

Система состоит из объектива 1, свето0 делител 2, расположенного за объективом на оптической оси перед фокальной плоскостью объектива, первого фотоприемника 3, на который падает перва часть светового потока от светоделител , второго фотопри5 емника 4, на который падает втора часть светового потока от светоделител , устройство сравнени 5, формировател управл ющего сигнала первого канала 6, привода 7, механически св занного с объективом 1,The system consists of lens 1, light divider 2, located behind the lens on the optical axis in front of the focal plane of the lens, the first photodetector 3, on which the first part of the light flux from the beam splitter falls, the second photodetector 4, on which the second part of the light flux from the beam splitter falls, a comparison device 5, a driver of a control signal of the first channel 6, a drive 7, mechanically connected to the lens 1,

0 анализатора уровн сигнала 8, электрически св занного с устройством сравнени 5, формировател управл ющего сигнала второго канала 9, электрически св занного с анализатором уровн сигнала 8, привода0 signal level analyzer 8, electrically connected to the comparison device 5, the driver of the control signal of the second channel 9, electrically connected to the signal level analyzer 8

5 фокусирующей линзы 10, электрически св занного с формирователем управл ющего сигнала второго канала 9, фокусирующей линзы 11, расположённой на оптической оси объектива, имеющей возможность пере0 мещатьс вдоль этой оси и механически св занной с приводом 10,5 of the focusing lens 10, electrically connected to the driver of the control signal of the second channel 9, the focusing lens 11 located on the optical axis of the lens, having the ability to move along this axis and mechanically connected to the actuator 10,

Работа предлагаемой системы происходит так.The work of the proposed system is as follows.

Световой поток от объектива 1 попадаетLuminous flux from lens 1 hits

5 на светоделитель 2, который делит его на две части. Перва часть светового потока попадает на первый фотоприемник 3, втора - на второй фотоприемник 4. В зависимости от величины падающего светового5 to a beam splitter 2, which divides it into two parts. The first part of the light flux falls on the first photodetector 3, the second on the second photodetector 4. Depending on the magnitude of the incident light

0 потока каждый фотоприемник вырабатывает электрический сигнал определенной величины . В этом случае фотоприемники размещают так, чтобы из светочувствительные площадки располагались на одинако5 вом рассто нии от расчетного положени фокальной плоскости объектива, но по разные от нее стороны.0 flow, each photodetector generates an electrical signal of a certain magnitude. In this case, the photodetectors are placed so that the photosensitive pads are located at the same distance from the calculated position of the focal plane of the lens, but on different sides from it.

Пусть в начальный момент времени дефокусировка объектива отсутствует Л f - О, т.е. фокальна плоскость объектива совпадает с ее расчетным положением. Наибольшую освещенность объектив дает в своей фокальной плоскости; при удалении от нее по вл етс размытость изображени , и освещенность падает. Так как фото- приемники расположены на одинаковом рассто нии от фокальной плоскости, то они освещены одинаково и дают равные сигналы Ui U2, В этом случае разностный сигнал Д U Ui U2 0. Пусть за счет каких-то причин (изменени температуры или давлени окружающей среды или изменени рас- сто ни до объектива) по вилась дефокусировка объектива {Af ). В этом случае ei (фиг. 2), фотоприемники освещены по разному и дают разные сигналы Ui . Если эти сигналы направить на сравнивающее устройство 5, то на его выходе по витс разностный сигнал A U Ui - IteVO. Таким образом Д U 0 при A f 0 и U 0 при Д f 0.Let there be no defocusing of the lens at the initial instant of time Л f - О, i.e. the focal plane of the lens coincides with its calculated position. The lens gives the greatest illumination in its focal plane; as you move away from it, blurriness appears and the illumination decreases. Since the photodetectors are located at the same distance from the focal plane, they are equally illuminated and give equal signals Ui U2. In this case, the difference signal Д U Ui U2 0. Suppose for some reason (changes in temperature or pressure of the environment or changing the distance to the lens) the defocusing of the lens (Af) appeared. In this case, ei (Fig. 2), the photodetectors are illuminated differently and give different signals Ui. If these signals are sent to the comparator 5, then the difference signal A U Ui - IteVO is visible at its output. Thus, D U 0 when A f 0 and U 0 when D f 0.

Подбором параметров системы можно добитьс , что в некоторой зоне Af величина A U будет пропорциональна величине A f, т.е. A U k A f, где k - коэффициент пропорциональности.By selecting the parameters of the system, it can be achieved that in a certain area Af, the value of A U will be proportional to the value of A f, i.e. A U k A f, where k is the coefficient of proportionality.

Итак электрические сигналы фотоприемников 3 и 4 поступают на устройство сравнени 5, которое сравнивает эти сигналы и в зависимости от результатов сравне- ни вырабатывает электрический сигнал, характеризующий дефокусировку системы. Этот сигнал поступает в два канала управлени . В зависимости от величины электрического сигнала устройства сравнени 5 формирователь б вырабатывает определенной величины управл ющий сигнал и подает его на привод 7, который перемещаетThus, the electrical signals of the photodetectors 3 and 4 are fed to a comparison device 5, which compares these signals and, depending on the results of the comparison, generates an electrical signal characterizing the defocusing of the system. This signal enters two control channels. Depending on the magnitude of the electrical signal of the device of comparison 5, the driver b generates a certain value of the control signal and supplies it to the actuator 7, which moves

объектив 1 на определенную величину, грубо устран дефокусировку оптической системы фотоаппарата. Причем, если сигнал первого фотоприемника больше сигнала второго фотопрйемника, то движение объектива происходит в одну сторону, если меньше - в другую. Второй канал управлени вл етс более точным. Он работает только начина с дефокусировки, не превышающий наперед заданную величину, что обеспечиваетс настройкой канала. Когда уровень сигнала устройства сравнени 5 станет малым, срабатывает анализатор 8 уровн сигнала и включает в работу второй канал управлени . С этого момента времени оба канала (первый и второй) работают одновременно . Электрический сигнал от устройства сравнени 5 через анализатор уровн сигнала 8 поступает на формирователь 9 управл ющего сигнала второго канала , который вырабатывает определенной величины управл ющий сигнал и подает его на привод 10, перемещающий фокусирующую линзу 11с целью более точного устранени дефокусировки. Таким образом, предлагаемое устройство обладает по сравнению с прототипом большей точностью и более широким диапазоном отрабатываемых дефокусировок и позвол ет при его ис- пользовании создать фотоаппараты с более высоким качеством изображени . Применение предлагаемой системы особенно целесообразно в случае использовани вариобъективов. В этом случае первый канал может мен ть фокусное рассто ние объектива, а второй - обеспечивать точную фокусировку оптической системы азрофото- аппарата.lens 1 by a certain amount, roughly eliminating the defocusing of the optical system of the camera. Moreover, if the signal of the first photodetector is greater than the signal of the second photodetector, then the lens moves in one direction, if less - in the other. The second control channel is more accurate. It works only beginning with defocusing, not exceeding a predetermined value, which is ensured by the channel setting. When the signal level of the comparison device 5 becomes small, the signal level analyzer 8 is activated and the second control channel is activated. From this moment in time, both channels (first and second) operate simultaneously. The electric signal from the comparator 5 through the signal level analyzer 8 is fed to the second channel control signal generator 9, which generates a control signal of a certain value and supplies it to the drive 10, which moves the focusing lens 11 to more accurately eliminate defocusing. Thus, the proposed device has, in comparison with the prototype, greater accuracy and a wider range of practiced defocuses and allows using it to create cameras with higher image quality. The use of the proposed system is especially advisable in the case of using zoom lenses. In this case, the first channel can change the focal length of the lens, and the second can provide precise focusing of the optical system of the azrophotographic apparatus.