Brevet FR2026941A1 — publié le 19700925

' La présente invention est relative à un dispositif de mise au point auto matique d'une image, notamment destinée à un appareil photographique ou cinématographique de prise de vues ou analogue, comprenant un oDjectif mobile suivant des déplacements incrémentiels prédéterminés entre une position correspondant 5 à une mise au point sur un sujet proche de l'appareil et une position correspondant à 1'hyperfocale de l'objectif de cet appareil. Ce réglage automatique sert à la recherche de la mise au point nette d'une image d'un sujet à enregistrer. Des moyens sont prévus qui permettent de détecter l'apparition d'un état d'équilibre lorsque une mise au point correcte du sujet est établie, pour le 10 but d'empêcher alors tout déplacement ultérieur de l'objectif. D'une façon générale, il est connu d'utiliser un dispositif de modulation optique pour former des signaux permettant d'opérer des mesures télémétriques ou de réaliser la mise au point d'une image. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 2 524 807 décrit un. dispositif modulateur qui fournit un signal 15 maximal lorsque ce dispositif est coplanaire à un plan d'image nette, ce dispositif établissant autrement des signaux correspondants dont l'amplitude diminue en fonction de l'écart séparant le dispositif de ce plan de part ou d'autre de celui-ci. La présente invention a donc pour but de réaliser un dispositif de mise 20 au point automatique convenant tout particulièrement à un appareil photographique ou cinématographique de prise de vues ou analogue comprenant un objectif mobile suivant des déplacements incrémentiels prédéterminés entre une position de mise au point sur un plan rapproché de l'appareil et une position hyperfocale lors de la recherche de la mise au point correcte de cet objectif en fonction 25 de la position du sujet à enregistrer. Des moyens sont prévus pour recevoir la lumière réfléchie par une zone choisie du sujet à photographier. Cette lumière est ensuite divisée en deux faisceaux orientés suivant des première et seconde trajectoires. Un organe modulateur est installé sur l'axe du faisceau axé sur la première de ces tra-30 jectoires afin de former des signaux lumineux modulés. Le faisceau axé sur la seconde trajectoire est partiellement/transmis de manière à équilibrer l'intensité lumineuse des deux faisceaux, ce second faisceau fournissant des signaux lumineux non modulés. Des premier et second transducteurs photoélectriques sont placés dans ces premier et second faisceaux pour capter les signaux lumi-35 neux modulés et non modulés, respectivement, et fournir des signaux de sortie électriques périodiques et différentiels qui permettent d'éliminer la composante continue du signal lumineux due à la lumière ambiante réfléchie par le sujet. Ces signaux électriques circulent ensuite dans des circuits où ils sont traités pour le but d'en dériver un signal impulsionnel de commande lorsque 40 les signaux différentiels présentent une amplitude qui s'écarte du potentiel 69 44557 2 2026941 moyen du pic apparaissant lorsque l'image formée par l'objectif est nette, ce signal de commande étant utilisé pour permettre le blocage de l'objectif dans la position qui permet de former cette image nette. Ce dispositif est tout particulièrement destiné à être installé sur un 5 appareil cinématographique de prise de vues équipé d'un objectif à focale variable. Le dispositif suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il .comprend (a) un élément optique récepteur captant la lumière réfléchie par une zone prédéterminée du sujet sur lequel la mise au point doit être réglée, (b) un 10 agencement optique projecteur pour transmettre et diviser cette lumière en deux faisceaux axés respectivement sur des première et seconde trajectoires, (c) un modulateur agissant sur le faisceau axé sur la première trajectoire suivant une certaine fréquence pour constituer des signaux lumineux modulés, (d) un composant optique pour transmettre sélectivement le faisceau axé sur la 15 seconde trajectoire afin d'égaliser les intensités lumineuses des deux faisceaux, ce composant transmettant ainsi des signaux non modulés, (e) des premier et second transducteurs photoélectriques placés dans ces premier et second faisceaux pour capter ces signaux modulés et non modulés, respectivement, (f) un réseau électrique reliant ces premier et second transducteurs pour for- 20 des signaux électriques successifs, périodiques et différentiels, (g) un circuit électrique pour traiter ces signaux différentiels afin d'en dériver un signal de commande lorsque ces signaux décroissent en amplitude à partir d'une amplitude maximale atteinte lorsque la mise au point sur le sujet est réalisée, ce signal de commande servant à déterminer l'immobilisation de l'objectif 25 lorsque la position de mise au point correcte recherchée est atteinte. Au dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple : - la Fig. 1 est un schéma d'un agencement permettant de dériver des signaux optiques significatifs d'une scène à enregistrer, ce dispositif comprenant deux transducteurs à photoconduction tels que ceux utilisés dans le 30 dispositif suivant l'invention ; - la Fig. 2 est un diagramme fonctionnel du dispositif suivant l'invention ; - la Fig. 3 est un schéma de câblage du circuit de blocage^d'intégration et de comparaison, ce circuit étant représenté sous la forme de blocs sur le 35 schéma de la Fig. 2 ; - la Fig. 4 est un schéma expliquant la relation qui est établie entre le courant de sortie des transducteurs du dispositif et les écarts de la mise au point de l'objectif par rapport à la mise au point établissant une image nette ; et 40 ~ Fig* 5 représente une série de formes d'ondes de tension qui 8AD ORIGINAL ^ 69 44557 3 2026941 met d'expliquer le fonctionnement du dispositif. On décrira l'invention comme mise en oeuvre dans un appareil cinématographique équipé d'un objectif à focale variable, mais il est clair que cette invention pourrait s'adapter avantageusement à d'autres appareils. 5 Les objectifs à focale variable ont tout d'abord été utilisés sur les appareils de prise de vues de télévision. Par la suite, de tels objectifs ont été progressivement installés sur nombre d'appareils cinématographiques pour amateurs ou professionnels. La variation de la distance focale d'un tel objectif s'obtient par déplacement d'un ou plusieurs composants optiques, parallè-10 lement à l'axe optique de l'objectif. Sur les Fig. 1 et 2, l'objectif à focale variable utilisé dans l'invention, qui comprend trois composants, est repéré en 10 . Le composant fixe ou relais est repéré en 12. L'appareil de prise de vues qui comprend le dispositif suivant l'invention contient un viseur sur lequel est délimitée une zone de 15 faible étendue, qui doit être pointée sur le sujet sur lequel on désire faire la mise au point. L'objectif 14 du dispositif suivant l'invention ne "voit" que ce qui est contenu à l'intérieur de cette petite zone, ceci afin d'éviter de recevoir des signaux de sujets qui ne doivent pas intervenir dans la mise au point et qui 2o pourraient parasiter la réponse du dispositif. Ces informations optiques reçues par l'objectif 14 peuvent être obtenues par un agencement optique indépendant distinct (non représenté) et elles peuvent aussi être dérivées de l'objectif à focale variable 10, 12 par des composants optiques auxiliaires (non représentés). Les techniques à mettre en oeuvre pour arriver à ce résultat 25 sont bien connues et ne seront par conséquent pas décrites. La lumière issue de la zone choisie du sujet est reprise par l'objectif 14 qui la transmet à un diviseur de faisceaux 16 qui en renvoie une partie vers un transducteur à photoconduction tel qu'une photodiode 18 après que cette fraction de la lumière reçue par le diviseur de faisceaux ait traversé un 30 filtre de densité neutre 20. La fraction du faisceau reçue par le diviseur de faisceaux qui est transmise par celui-ci tombe sur un réticule circulaire rotatif 22 qui module ce faisceau avant qu'il ne tombe sur un autre transducteur à photoconduction tel qu'une photodiode 24. Les techniques actuelles de fabrication des circuits intégrés permettent d'adapter et d'équilibrer parfaite-35 ment les photodiodes 18 et 24. Le réticule 22 est constitué par un disque^mis en rotation de façon convenable, sur lequel sont réparties des plages radiales alternativement opaques et transparentes suivant une fréquence spatiale suffisamment élevée pour que le taux de modulation résultant du mouvement relatif du réticule par rapport au sujet visé soit une fonction très sensible de la 40 mise au point de l'image de ce sujet. 69' 44557 4 2026941 On se réfère maintenant à la Fig. 2 où les photodiodes 18 et 24 sont connectées comme représenté de manière qu'une tension de polarisation inverse soit appliquée aux jonctions PN par une source d'énergie électrique 26. La sortie de la paire de photodiodes est reliée à un préamplificateur 28. Celui-ci 5 n'est pas représenté pl.us en détails car il ne forme pas partie de l'invention. Le préamplificateur utilisé dans le présent mode de réalisation de l'invention est décrit dans la demande de brevet français déposée le 22 janvier 1969 par la demanderesse et intitulée "Amplificateur de courant perfectionné". En bref, cet amplificateur présente une très forte impédance d'entrée et une très 10 grande stabilité. La sortie du préamplificateur 28 alimente un amplificateur de bande 30. La sortie de l'amplificateur 30 alimente un circuit de blocage 32, ce circuit 32 alimente à son tour les entrées d'un premier et d'un second circuit intégrateur 34, 36 respectivement. Les sorties de ces circuits intégrateurs sont reliées aux entrées d'un circuit comparateur 38. Ce circuit compa-15 rateur fournit une impulsion d'inhibition à un moteur électrique 40 qui commande les déplacements de l'objectif 10 à focale variable. Les circuits de blocage, d'intégration et de comparaison sont représen-tés'plus en détails à la Fig. 3. Le circuit de blocage comprend la capacité 42, la diode 44 et la résistance 46. La diode 44 est reliée par son anode à un 20 potentiel de référence qui peut être celui de la tiiasse et sa cathode est reliée à l'une des bornes de la capacité 42. La sortie du circuit de blocage 32 alimente les circuits intégrateurs 34 et 36. Le premier circuit intégrateur 34 comprend une résistance 48, une capacité électrolytique 50 et une diode de blocage 52. Le second circuit intégra-25 teur 36 comprend une résistance 54, une capacité électrolytique 56 disposée en parallèle avec une résistance 58, une diode de blocage 60 étant en série avec la résistance 54. Les sorties des circuits intégrateurs 34, 36 sont connectées aux transistors d'isolation 62, 63, respectivement. Le transistor 62 est du type NPN 30 et sa base est reliée au point commun à la résistance 48 et à la capacité 50, tandis que son émetteur est relié à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 56. Son collecteur est relié à une source fournissant un potentiel de polarisation qui dans le mode de réalisation représenté est établi à +6V. Le transistor 64 est également du type NPN. Son collecteur est relié à une source • 35 de potentiel de polarisation qui est établi dans le cas présent à +6V et son émetteur est relié à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 68. La base du transistor 64 est reliée à la capacité 56. Le circuit comparateur 38 est constitué d'un transistor 70 du type PNP dont l'émetteur est relié à l'émetteur, du transistor 62 tandis que sa base 40 est reliée à l'émetteur du transistor 64. Le collecteur du transistor 70 est 69 44557 5 2026941 relié à une source de potentiel de polarisation qui s'établit à -6V, ceci par l'intermédiaire d'une résistance 72. La sortie du circuit comparateur 38 est établie entre Le collecteur du transistor 70 et la masse. L'impulsion de commande obtenue à cette sortie est appliquée au moteur 40 et cette impulsion 5 est repérée sur la Fig. 3 par eg. Lorsque l'on désire opérer une mise au point sur un sujet, on commence par centrer la petite zone délimitée dans le viseur sur ce sujet. Les informations optiques situées à l'intérieur de cette zone sont "vues" par l'objectif 14. Concurremment, l'objectif à focale variable 10 se déplace parallèlement à 10 son axe optique sous l'action du moteur 40. L'objectif 10 peut être déplacé de sa position hyperfocale vers sa position de mise au point la plus rapprochée ou inversement. Cependant, il est préférable de déplacer cet objectif de sa position de mise au point la plus rapprochée vers la position hyperfocale. La lumière reçue par l'objectif 14 est transmise au diviseur de faisceaux 15 16. Le diviseur de faisceaux 16 transmet cette lumière sur la photodiode 18 d'une part, et sur la photodiode 24 d'autre part. Puisque le réticule rotatif 22 est constitué de plages radiales alternativement opaques et transparentes, une moitié de la lumière est perdue. Le filtre de densité neutre 20 compense cette perte de façon que la photodiode 18 reçoive la même quantité de lumière 20 1ue la photodiode 24. Le filtre de densité neutre est neutre en ce qu'il transmet également toutes les couleurs et l'on choisit sa densité de manière à atténuer l'intensité de la lumière qui le traverse pour que la photodiode 18 reçoive la même quantité de lumière que la photodiode 24. En d'autres termes, les quantités de lumière tombant sur les photodiodes sont égales bien que, 25 comme on le verra plus loin, la photodiode 18 reçoive un faisceau non modulé tandis que la photodiode 24 reçoit un faisceau modulé. La lumière tombant sur la diode 24 est modulée par le réticule 22 qui tourne de façon que l'image mise au point sur le disque soit transmise sous la forme d'un éclairement à fluctuation sinusoïdale, d'une fréquence d'environ 30 20 Hz. On se réfère maintenant, plus particulièrement, à la Fig. 2 où les photodiodes 18 et 24 sont adaptées et équilibrées l'une par rapport à l'autre. On observera sur la Fig. 2, d'autre part, que les jonctions PN sont polarisées en sens inverse. Lorsque des éclairements égaux tombent sur les photodiodes 24 35 et 18, le courant alimentant le préamplificateur 28 est nul. Si la quantité de lumière tombant sur la photodiode 24 est plus importante que celle tombant sur la photodiode 18, le courant qui alimente le préamplificateur sera constitué par la différence I des courants circulant dans la diode 24 et dans la diode 18. Les photodiodes 18, 24 constituent un amplificateur différentiel qui per-40 met d'éliminer la composante continue de la lumière pour que seul le courant 69 44557 6 2026941 variable résultant de la modulation de la lumière alimente le préamplificateur 28. Ainsi, la composante lumineuse due à la lumière ambiante qui baigne la scène se trouve ainsi éliminée. La sortie du préamplificateur 28 alimente l'amplificateur de bande 30 5 qui transmet et amplifie les fréquences d'une bande centrée autour de 20 Hz. L'amplificateur 30 élimine la composante harmonique parasite de 100 ou 120 Hz qui est due essentiellement à l'éclairage des intérieurs. On se réfère maintenant à la Fig. 4 où l'on a représenté le courant I en fonction du déplacement de l'objectif 10. La position de mise au point 10 nette établit un courant maximal comme on le voit en 74. La tension d'entrée de la capacité 42 présente l'allure représentée en (a) sur la Fig.5. Le circuit de blocage 32 bloque cette tension d'entrée à un potentiel de référence. On a représenté en (b) sur la Fig. 5 la tension ainsi traitée, où 76 repère la tension établie aux bornes de la résistance 46. 15 Le signal ainsi stabilisé alimente les premier et second circuits inté grateurs 34, 36 respectivement. Le premier intégrateur 34 ne comprend pas de véritable circuit de décharge (comme on l'expliquera plus loin la décharge danà le transistor 62 est négligeable) de façon que la capacité électrolytique 50 se charge à une valeur de pic moyenne de la tension d'entrée, cette charge 20 se maintenant même lorsque le signal décroît en amplitude. La charge qui s'établit aux bornes de cette capacité 50 est représentée en 78 sur la Fig. 5. Le second intégrateur 36 est un intégrateur à court terme comprenant un circuit de décharge qui se ferme par la résistance 58. La capacité électrolytique 56 se charge également à la tension du signal d'entrée de pic moyen mais 25 elle suit-le signal moyen décroissant avec une constante de temps RG (résistance 58, capacité 56) qui est faible comparée à la vitesse d'évolution de la mise au point. Cette dernière évolution de la tension aux bornes de la capacité 56 est repérée en 80 sur la Fig. 5. Le transistor 62 est normalement non conducteur et commence à conduire 30 lorsque la tension de charge aux bornes de la capacité 50 atteint environ +0,6V Puisque l'impédance d'entrée de chacun des transistors 62, 64 est relativement élevée, on ne perd pas une fraction appréciable de cette charge par l'intermédiaire des transistors lorsqu'ils conduisent. Le transistor 10 du circuit comparateur reste non conducteur au début 35 des opérations puisque sa tension émetteur-base est sensiblement nulle. La tension de charge de la capacité électrolytique 56 décroissant comme représenté en 80 sur la Fig. 5, la tension émetteur-base s'accroît jusqu'à ce que soit déclenchée la conduction du transistor 70. C'est alors qu'apparaît la sortie e^jCotnme représenté en (c) sur la Fig. 5. 40 Puisque la mise au point de l'image coïncide avec le pic du cour a • 7.'- BAD ORIGIÎSf/ 44557 7 2026941 'le circuit comparateur 38 ne fournit pas d'impulsion de sortie avant un certain intervalle de temps At, comme représenté sur la Fig. 5. Le signal de sortie eg apparaît par conséquent après la réalisation de la mise au point de l'image. On peut réduire cependant cet intervalle A t à une valeur qui convient en pratique en choisissant.avec soin les valeurs des paramètres mécaniques et électriques du dispositif. 69 44557 8 2026941 REVENDICATIONS 1. Dispositif de mise au point automatique d'une image, pour appareil photographique ou cinématographique de prise de vues équipé d'un, objectif mobile suivant des déplacements incrémentiels prédéterminés entre une position 5 de mise au point sur un sujet proche de 1'appareil et une position cor respondant à l'hyperfocale de l'objectif, caractérisé en ce qu'il comprend (a) un élément optique récepteur captant la lumière réfléchie par une zone prédéterminée du sujet sur lequel la mise au point doit être réglée, (b) un agencement optique projecteur pour transmettre et diviser cette lumière 10 en deux faisceaux axés respectivement sur des première et seconde trajeo- toires, (c) un modulateur agissant sur le faisceau axé sur la première trajectoire suivant une certaine fréquence pour constituer des Bignaux lumineux modulés, (d) tm composant optique pour transmettre sélectivement le faisceau axé sur la seconde trajectoire afin d'égaliser les intensités lu-15 mineuses des deux faisceaux, ce composant transmettant ainsi des signaux non modulés, (e) des premier et second transducteurs photoélectriques placés dans ces premier et second faisceaux, pour capter ces signaux modu-.lés et non modulés, respectivement, (f) un réseau électrique reliant ces premier et second, transducteurs pour former des signaux successifs éleo-20 triques, périodiques et différentiels, (g) un circuit électrique pour traiter ces signaux différentiels afin d'en dériver un signal de commande lorsque ces signaux décroissent en amplitude à partir d'une amplitude maximale atteinte lorsque la mise au point sur le sujet est réalisée, ce signal de commande servant à déterminer l'immobilisation de l'objectif lors-25 que la position de mise au point correcte recherchée est atteinte. 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'agencement optique projecteur comprend un diviseur de faisceau. 3. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le modulateur comprend un disque rotatif sur lequel sont réparties régulièrement 30 des plages alternativement opaques et transparentes. 4. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le composant optique est tin filtre neutre d'une densité prédéterminée. 5. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lespr«mà«r •^.«econd transducteurs sont des photodiodes, dont les jonctions PN sont 35 polarisées en sens inverse, convenablement adaptées l'une à l'autre et en ce que ces photodiodes sont connectées en série de manière à faire apparaître entre leur point commun et la masse les signaux successifs électriques périodiques et différentiels. 6. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit 40 électrique comprend un amplificateur de bande, un agencement de blocage 69 44557 9 2026941 électronique, des premier et second intégrateurs S; un comparateur, l'amplificateur de bande étant alimenté par les signaux électriques successifs périodiques et différentiels pour fournir une sortie amplifiée dans une certaine bande de fréquence à l'agencement de blocage qui bloque cette 5 sortie à un potentiel de référence, la sortie de cet agencement alimentant simultanément ces premier et second intégrateurs, le premier intégrateur emmagasinant une charge égale au niveau maximal atteint par ces signaux lors de leurs évolutions, le second intégrateur présentant une constante de temps faible par rapport à la vitesse des variations de la mise au point 10 suivant le sujet, ce second intégrateur emmagasinant une charge qui peut décroître en réponse à un affaiblissement de l'amplitude des signaux différentiels qui sont simultanément appliqués, les sorties de ces premier et second intégrateurs alimentant les deux entrées du comparateur, ce par quoi une différence entre ces entrées établit le signal de commande appa-15 raissant à la sortie du comparateur. 7. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un réseau d'isolation installé entre les premier et second intégrateurs et l'entrée du comparateur, les charges emmagasinées par ces intégrateurs étant appliquées aux deux entrées du comparateur ce par quoi une différence 20 de potentiel entre ces deux entrées fait apparaître un signal de commande à la sortie du comparateur, ce signal servant à déterminer l'immobilisation de l'objectif de l'appareil de prise de vues lorsque la position de mise au point correcte recherchée est atteinte.