专利名称:一种光学自动对焦仪的制作方法
本实用新型属于光学仪器的改进。
在需要实现光学成象的仪器设备中，最佳成象平面的确定和调整，常常是直接影响整个仪器使用效果的一个关键问题。现有的自动对焦仪利用数字化摄象机将成象面上的图象数字化，由计算机计算出平均信息量(熵)，各象元灰度值的方差或相邻象元灰度差值的绝对值之和，由此来判断哪一个平面是最佳成象平面。但由于数字化摄象机复杂昂贵，且所需配备的计算机的内存容量要求也较大，因而这种自动对焦仪造价高，应用范围受到限制，所以一般需要实现光学成象的仪器设备如日常的摄影仪器，光学实验仪器，印刷制版照相机和半导体制版初缩机中，都没有采用自动对焦仪，通常是用人眼来对最佳成象平面进行主观判断。但对不同的观察者，甚至是同一个观察者在不同的时候，对同一成象情况所得到的主观最佳成象平面往往是不同的。而且人眼总是对整个可见光成象情况的综合效果的判断，当需要用单色或与人眼的光谱响应差别很大的记录材料(例如感兰光的胶片)来记录图象时，人眼判断和实际使用二者的最佳成象平面差别较大，这种情况在半导体制版初缩机中特别明显。因此就需要有一种造价低、体积小的自动对焦仪，以便能够普遍应用在需要实现光学成象的仪器设备上，对成象质量进行客观判断。本实用新型便可解决这一问题。
本实用新型的要点在于有一个自扫描光电二极管阵列，它附带一个驱动电路，用二极管阵列将原仪器的象空间垂直于光轴的一个平面上的光场分布按照一定的空间周期取样，二极管阵列的输出端与一个峰值保持电路相连，峰值保持电路的输出连接一个模数转换电路，每一取样的光强值通过峰值保持电路和模数转换电路进行量化，得到每一象元的灰度值xi(i＝1，2，……，n；而n是二极管阵列的光电探测单元个数)，由与模数转换电路连接的计算机算出相邻两象元的灰度之差的绝对值｜xi＋1－Xi｜(i＝1，2，……，n－1)，并找出最大值T＝max｜xi＋1－Xi｜。由于对焦正确的图象边缘清晰反差最大，依次测定象空间垂直于光轴的数个平面上的T值，则与最大T值相对应的平面就是最佳对焦下的象平面。自扫描光电二极管阵列安装在移动支架上，支架相对于原仪器导轨的移动通过与计算机相连接的步进电机来驱动，整个探测调焦过程全由计算机自动控制完成。
当象平面的图象很精细时，直接用二极管阵列取样则取样频率太低，所以可在对焦仪上设置一个放大装置降低图象的频率。放大装置安装在移动支架上，位于二极管阵列的前方，使象平面被放大后成象在二极管阵列的探测平面上。
自扫描光电二极管阵列的驱动电路中，可采用计算机产生的脉冲信号作为电路的控制时钟信号φ。由于这种阵列的输出是对光强的时间积分，故可根据外界光强的大小，改变脉冲频率，相应地改变自扫描频率，扩大了二极管阵列的光强适应范围。
当原仪器的成象系统要求在某一特定波长条件下工作，即要求最佳象平面是针对某特定波长下的最佳对焦象平面时，可在放大装置和二极管阵列之间放置透过该波长的滤光片加以校正。
附图1 是一种光学自动对焦仪工作示意图。
附图2 是峰值保持电路图。
在附图1所示的自动对焦仪上设置有一放大装置，放大装置包括一个带圆孔的圆盘4，一个带有凸沿的圆柱套5，圆盘4和圆柱套5通过螺栓3连接，一个微调焦螺母7的凸出端将圆柱套5的凸沿卡住，螺母7的另一端与一个显微物镜6的套筒大端螺纹连接，显微物镜6的套筒小端套入圆柱套5内，在圆柱套5与显微物镜6的套筒大端之间装有一弹簧8，以使圆柱套5与螺母7卡紧。使用这种对焦仪进行对焦时，先调整螺母7，使圆盘4的左端面以一定的放大倍率准确成象在自扫描光电二极管阵列10的探测平面上，例如二极管阵列采用重庆大学生产的CL－32－1型32单元光电二极管阵列，调整好以后，就不再变动螺母7。例如，滤光片9采用4600
兰色滤光片。然后调整整个移动支架16，使其移动方向正好与原仪器的成象系统1的光轴平行，并且以目视观察粗略地调整使圆盘4的左端面与成象物体0通过成象系统1产生的准确象平面2尽量接近，这样圆盘4的左端面上形成的光强分布便以一定的放大倍率成象在二极管阵列10的探测平面上。二极管阵列10通过驱动电路11由计算机14控制自动对此象取样，经峰值保持电路12和模数转换电路13，模数转换电路采用A／D转换器ADC0804，得到各取样点上的灰度值xi，通过计算机14，例如北京工业大学生产的Tp－801型单板计算机，计算出与此时圆盘4的左端面上光强分布相对应的T值，以T1表示。然后由步进电机15使移动支架16在原仪器导轨17上作微动，改变圆盘4的位置，测出与此时圆盘4的左端面上光强分布相对应的T值，以T2表示，若T2＞T1，再沿相同方向微动支架16，若T2＜T1，则改向相反方向移动支架16，测得T3，T4，……，直至Tn＋1＜Tn(这里n为移动的次数)时，这时Tn值就是最大T值，与Tn相对应的圆盘4的左端面的位置就是准确对焦情况下，成象物体0通过成象系统1产生的准确象平面2的位置。
峰值保持电路12可以包括一个反相比例放大器，一个峰值检波保持及释放电路和一个倒相器，如附图2所示。反相比例放大器Ⅰ由一个运算放大器构成，因为二极管阵列10的输出Vi是负极性信号，所以用反相比例放大器Ⅰ将Vi反相，反相后的输出V1送入峰值检波保持及释放电路Ⅱ中的二极管D1进行检波，二极管D1的另一端与电容C及场效应管BG1的源极相联，并作为峰值保持电路12的输出V0，BG1的栅极通过一个电阻R4接地，并通过一个正向连接的二极管D2与倒相器Ⅲ相连。倒相器Ⅲ为一支pNp三极管接成共发射极电路，它的输入是计算机14提供的保持信号V，当V为高电平时，通过倒相器Ⅲ倒相成负高电平，送入峰值检波保持及释放电路Ⅱ的保持／释放控制端。关断场效应管BG1，电容C通过二极管D1充电，这时只能充不能放，这就使得电容C始终保持放大器Ⅰ输出的最大值，故当二极管阵列10输出一个峰值，即一个单元的输出时，电容C就将其保持住，在第二个峰值到来之前，由计算机14提供一个V低电平，使BG1导通，对电容C放电，使输出V0回到零，为第二次充电作好准备，这样就完成了峰值的保持，将二极管阵列10的负尖脉冲输出Vi变成具有平顶的正脉冲输出V0送入模数转换电路13，在V0的平顶过程中就能进行模数转换。
本实用新型与已有技术相比，体积小，使用方便，所需配备的计算机内存容量要求较低，大大降低了整个对焦仪的造价，价格只有数字化摄象机的二十分之一，适合普遍应用。本实用新型可应用在半导体制版初缩机，印刷制版照相机，放大机以及光学实验成象系统等仪器设备中。
权利要求
1.一种自动对焦仪，包括移动支架(16)和步进电机(15)，其特征在于有一个自扫描光电二极管阵列(10)，它附带一个驱动电路(11)，二极管阵列(10)的输出(Vi)与一个峰值保持电路(12)相连，峰值保持电路(12)的输出(Vo)连接一个模数转换电路(13)，一个计算机(14)与模数转换电路(13)相接，自扫描光电二极管阵列(10)安装在移动支架(16)上，支架(16)相对于原仪器导轨(17)的移动通过与计算机(14)相连接的步进电机(15)驱动。
2.按照权利要求
1所述的自动对焦仪，其特征在于所说的峰值保持电路(12)包括一个反相比例放大器(Ⅰ)，一个峰值检波保持及释放电路(Ⅱ)和一个倒相器(Ⅲ)，反相比例放大器(Ⅰ)由一个运算放大器构成，它的输出(V1)送入峰值检波保持及释放电路(Ⅱ)中的二极管(D1)，二极管(D1)的另一端与电容(C)及场效应管(BG1)的源极相联并作为峰值保持电路(12)的输出(V0)，场效应管(BG1)的栅极通过一个电阻(R4)接地，并通过一个正向连接的二极管(D2)与倒相器(Ⅲ)相连，倒相器(Ⅲ)为一支pNp三极管接成共发射极电路，它的输入是计算机(14)提供的保持信号(V)，它的输出送入峰值检波保持及释放电路(Ⅱ)的保持／释放控制端。
3.按照权利要求
2所述的自动对焦仪，其特征在于计算机(14)产生的脉冲信号作为自扫描光电二极管阵列驱动电路(11)的控制时钟信号(φ)。
4.按照权利要求
1或3所述的自动对焦仪，其特征在于所说的移动支架(16)上有一个图象放大装置，它包括一个带圆孔的圆盘(4)，一个带有凸沿的圆柱套(5)，圆盘(4)和圆柱套(5)通过螺栓(3)连接，一个微调焦螺母(7)的凸出端将圆柱套(5)的凸沿卡住，螺母(7)的另一端与一个显微物镜(6)的套筒大端螺纹连接，显微物镜(6)的套筒小端套入圆柱套(5)内，在圆柱套(5)与显微物镜(6)的套筒大端之间装有一弹簧(8)，放大装置位于自扫描光电二极管阵列(10)的前方，使象平面被放大后成象在二极管阵列(10)的探测平面上。
5.按照权利要求
4所述的自动对焦仪，其特征在于在所说的图象放大装置和自扫描光电二极管阵列(10)之间放置一块透过原仪器使用光波长的滤光片。
专利摘要
一种光学自动对焦仪，采用自扫描光电二极管阵列对象空间垂直于光轴的数个平面上的光场分布取样，经峰值保持电路和模数转换电路对取样值进行量化，通过计算机找出各平面上相邻两象元的灰度之差的绝对值之最大值来确定最佳对焦下的象平面。整个探测调焦过程可全由计算机自动控制完成。本实用新型用在单色光成象和象平面的图象很精细的仪器设备上时，对焦效果特别显著。
文档编号G02F1/29GK85201230SQ85201230
公开日1986年1月8日 申请日期1985年4月1日
发明者王植恒, 郭履容, 张冠申 申请人:四川大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan