Brevet FR2477291A1 — publié le 19810904

L'invention concerne un dispositif de mise au point automatique pour appareil optique tel qu'un appareil photographique ou un endoscope; elle a, plus particulièrement trait à un dispositif destiné à déceler automatiquement la distance à laquelle se trouve un objet et à commander une mise au point basée sur la distance décelée, ce dispositif pouvant être adapté sur tout appareil optique. Dans un appareil optique Pourvu d'un objectif, tel qu'un appareil photographique ou en en- doscope, il est souhaitable de commander automatique- ment une mise au point de l'image de l'objet à photo- graphier ou voir. Divers types de dispositifs ont été proposés et développés à cette fin. Mais les moyens de mise en oeuvre sont particuliers et complexes et viennent s'ajouter à la structure classique de l'appa- reil optique. Dans un endoscope notamment, il n'est pas souhaitable de monter un dispositif supplémentaire à l'avant du tube souple en fibres optiques, car la tête du dispositif doit être aussi petite que possible afin de ne pas gêner le patient. On sait, dans un endoscope, projeter une image d'un trou d'axe sur l'objet à examiner et déceler l'image de cet objet pour en faire la mise au point, comme il est décrit dans la demande de brevet japonais 12193/1978 déposée le 20 juillet 1976. Dans ce système qui utilise l'image d'un trou d'axe, la mise au point doit être faite avant la photographie, et, en consé- quence, la projection du trou d'axe est supprimée lors de la photographie. Par ailleurs, le tube en fibres est en partie utilisé pour projeter l'image du trou d'axe et non utilisé complètement pour voir l'objet. La structure et le fonctionnement de l'endoscope sont -2- donc complexes puisqu'un système optique supplémentaire est nécessaire, ainsi que des manoeuvres supplémentaires pour la projection et la vision de l'image du trou d'ai- et la mise au point. On sait également utiliser un filtre à étalement de fréquence pour la mise au point. Mais le contraste de l'image dans les cavités du corps est très faible, et l'utilisation d'un tel filtre ne conduit pas à une précision suffisante de la mise au point. L'invention a pour principal objectif la réalisation d'un dispositif de mise au point automati- que, utilisable avec un appareil optique tel qu'un appareil photographique ou un endoscope, de structure simple et très facilement manoeuvré. L'invention a aussi pour objectif la réalisation d'un dispositif de mise au point automati- que, utilisable notamment avec uon endoscope, n'exigeant pas de mécanisme ou de moyens optiques supplémentaires pour commander la mise au point. Le dispositif de mise au point conforme à l'invention est caractérisé en ce que la distance à laquelle se trouve l'objet est automatiquement mesurée à l'aide d'un circuit électrique raccordé à une source lumineuse afin d'éclairer l'objet, un photodétecteur recevant la lumière provenant de l'objet éclairé. Le photodétecteur reçoit la lumière en provenance de l'ob- jet éclairé par l'intermédiaire d'un faisceau de fibres optiques dans le cas d'un endoscope. Dans le ces d'un appareil photographique, la source lumineuse utilisée pour éclairer l'objet est, par exemple, une source de rayonnement infrarouge. L'invention est basée sur le fait que le coefficient de réflexion de l'objet est statistiquement constant aux alentours de 20 à 30 %, le degré de diffusion de la lumière émise par la source -3- lumineuse étant constant. Dans le dispositif conforme à lôinventione l'intensité de l'éclairem mt est modi- fiée en permanence, et on décèle le point pour lequel la quantité de lumière reçue par le photodétecteur at- teint une valeur prédéterminée. On peut donc déceler la distance à laquelle se trouve l'objet, le point précité correspondant a cette distance étant donné le coefficient de réflexion constant et le degré constant de diffusion de la lumière. La mise au point de l'image ou réglage de l'objectif de l'appareil se fait en fonc- tion de la distance ainsi mesurée. Dans le cas d'un endoscope, l'objet est éclairé par la seule source lumineuse prévue sur cet endoscope, et la mise au point se fait à l'aide de la seule lumière provenant de cette source lumineuse, Dans le cas d'un appareil photographique, la source lumineuse utilisée pour la mise au point sera distincte de la source éclairant l'objet (soleil ou lumière arti- ficielle)o On peut en conséquence utiliser, par exemple, comme source d'éclairement, une source de rayonnement d' infrarouge, La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent: Figure 1, une illustration schématique du système optique d'un dispositif de mise au point conforme à l'invention, utilisable sur un endoscope Figure 2, le bloc-diagramme d'un cir- cuit électrique de mise au point conforme à l'inven- tion; 30. Figure 3, un graphique des temps illus- trant la forme d'onde des signaux dans le circuit de la Figure 2. La source lumineuse 3 de la Figure 1 éclaire un objet P par l'intermédiaire d'un tube 2 en -4- fibres transmettrices de lumière. Le tube 2 d'éclaire- ment est monté parallèlement à un tube 1 en fibres destiné à la transmission de l'image. Devant le tube transmetteur de l'image se trouve un objectif LI qui focalise l'image de l'objet P sur la face d'entrée la de ce tube. Entre la face de sortie lb du même tube et un oculaire L2 se trouve un prisme-miroir semi-transpa- rent 4 qui transmet partiellement la lumière provenant de la face de sortie lb vers l'oculaire L2, et qui réfléchit partiellement cette lumière vers une lentille de focalisation L3 afin de focaliser une image de l'objet P sur un photodétecteur 5. La lentille de Localisation L3 focalise donc, sur le photodétecteur , l'image de l'objet P qui est formée sur la face de - sortie lb. Un endoscope est généralement pourvu d'une source lumineuse d'éclairement telle que la sour- ce 5 précitée; il n'est donc pas nécessaire de pré- voir un composant supplémentaire à des fins d'éclai- rement. Seuls, le photodétecteur 5 et le prisme-miroir semi-transparent-4 sont à prévoir en plus. Mais ces éléments sont situés entre la face de sortie lb du tube transmetteur de l'image et l'oculaire L2. En consé- quence, aucun composant optique particulier ne vient modifier les dimensions de la tête ou du tube souple en fibres introduits dans le corps du patient. Par ailleurs, comme il est connu, certains endoscopes com- portent un dispositif de mesure d'éclairement pour commander l'exposition, ce dispositif consistant en un prisme-miroir semi-transparent, en un photodétecteur et en une lentille de Localisation, identiques aux éléments utilisés dans l'exemple de réalisation illus- tré Figure 1. Dans un endoscope, il n'est en conséquence pas nécessaire d'envisager le montage d'éléments optiques supplémentaires. -5- On décrira maintenant en détails le cir- cuit électrique des Figures 2 et 3 qui permet de déce- ler la distance et de commander la mise au point. On a donné les mêmes références numériques aux éléments de la Figure 2 qui correspondent à de mêmes éléments Figure 1. Un générateur d'impulsions 10 fournit une série d'impulsions par l'intermédiaire d'un contacteur SW et commande, dans un générateur d'ondes triangulai- res 11, la formation d'une tension en dents de scie variant de manière répétitive entre une faible valeur de tension et une valeur élevée de tension. Cette ten- sion variable est transmise à un circuit 12 de commande de source lumineuse, et ce dernier circuit fournit donc à la lampe 3 une tension variant de manière répétitive. Il est recommandé de choisir, pour la période de varia- tion de la tension ainsi formée, une valeur de 0,05 seconde, ou moins, afin d'éviter que l'observateur puisse ressentir un effet de papillottement. L'inten- sité de la lumière émise par la lampe 3 est donc pé- riodiquement modifiée, sans que l'utilisateur de l'en- doscope puisse le déceler. L'image de l'objet P éclairé à partir de la lampe 3 est focalisée sur le photodétecteur 5 au moyen de l'objectif Ll, du tube transmetteur de l'image 1, du prisme 4 et de la lentille de focalisation L3. Le signal de sortie du circuit de mesure d'éclairement 18, qui est raccordé au photodétecteur 5, varie en conséquence de manière répétitive entre une faible valeur de tension et une valeur élevée de tension en suivant les variations du signal de sortie du circuit de commande 12. Dans le comparateur 19, on compare, à un signal de tension de référence S2, le signal de sortie SI du photodétecteur 5 obtenu par l'intermédiaire du -6- circuit de mesure d'éclairement 18. Lorsque le signal de sortie SI atteint le niveau du signal de tension de référence S2, le comparateur 19 est commuté, et le si- gnal que fournit alors ce comparateur est transformé en impulsion par un circuit de conversion de signal 20; l'impulsion formée est utilisée comme impulsion de com- mande du circuit à blocage 14. Le circuit à blocage 14 reçoit par ailleurs le signal numérique formé par un convertisseur analogique/numérique 13 à partir du signal analogique 23 fourni par le générateur d'ondes triangulaires 11; le circuit 14 bloque le signal numérique précité lorsque le comparateur 19 est commu- té. Le signal numérique bloqué est transmis à un déco- deur 15 se présentant sous la forme d'une mémoire, par exemple une mémoire morte. Le signal numérique trans- féré au décodeur 15 est converti en un autre signal numérique correspondant à la distance à laquelle se trouve l'objet, cette conversion étant faite à partir de données prédéterminées tenant compte de la relation entre le signal de sortie du circuit 18 représentatif de la luminosité de l'objet éclairé par la source lu- mineuse 3 et la distance à laquelle se trouve l'objet calculée en fonction du coefficient de réflexion statistiquement constant de l'objet et du degré cons- tant de diffusion de la manière émise par la source lumineuse. La luminosité B de l'objet P peut être repré- sentée par la formule: B = kI/Kr2 I étant l'intensité de la source lumi- neuse 3, K étant le degré de diffusion, r étant la dis- tance à laquelle se trouve l'objet P depuis la face d'entrée la du tube transmetteur de l'image 1, et k étant une constante dépendant du coefficient de ré- flexion de l'objet. -7- Le signal numérique obtenu en sortie du décodeur 15 est converti en un signal analogique par un convertisseur numérique/analogique 16. Ce dernier est raccordé en sortie à un circuit d'entratnement de moteur 17, le moteur entraîné déplaçant l'objectif L1 pour la mise au point automatique de l'image de l'ob- jet P. La mise au point de l'image analysée ou photographiée est donc ainsi automatiquement com- mandée à partir de la mesure automatique de la distance à laquelle se trouve l'objet. Le générat er d'impulsions 10 fournit des impulsions en permanence au générateur d'ondes triangulaires 11 lorsque le contacteur SW est fermé, Ce contacteur peut être ouvert pour arrêter mise au point ou commande et éviter toute perte d'énergie0 La source lumineuse 3 peut être consti- tuée par la combinaison d'une source de lumière visible et d'une source de lumière infrarouge, seules les ra- diations infrarouges étant alors utilisées par le prime 4 et les radiations visibles étant utilisées dans leur totalité pour l'analyse ou la photographie0 Comme on l'a dit précédemment, le dis- positif conforme à l'invention peut non seulement être adapté sur un endoscope, mais également adapté sur un appareil photographique ou tout autre appareil optique, caméra de télévision ou autre appareil pourvu d'un objectif. -8- REVENDICATIONS 1, - Dispositif de mise au point automa- tique utilisable sur un endoscope, comportant un tube en fibres transmetteur d'image (1), un objectif (Li) pour focaliser l'image d'un objet (P) à analyser ou photographier sur une face d'entrée (la) du tube trans- metteur d'image, un oculaire (L2) pour agrandir et vi- sionner l'image apparaissant sur la face de sortie (1b) du tube transmetteur d'image, une source lumineuse (3) pour éclairer l'objet, un tube en fibres souple trans- metteur de lumière (2) pour transmettre la lumière de la source vers l'objet, et des moyens pour mesurer la luminosité de l'objet éclairé par la source de lumière, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens (10,11,12) pour faire varier l'intensité de la source lumineuse, des moyens (19) pour comparer le signal de sortie des moyens (4,L3,5,18) de mesure de luminosité avec un signal de valeur prédéterminée (S2), les moyens (19) fournissant un signal de sortie lorsque le signal des moyens de mesure de luminosité devient égal au signal de valeur prédéterminée, des moyens (20,13,14, ,16) étant prévus, d'une part, pour recevoir le signal de sortie des moyens de comparaison, d'autre part, pour déterminer en fonction de l'intensité de la source lumineuse la distance à laquelle se trouve l'objet, lorsqu'est reçu le signal de sortie précité, ainsi que des moyens (17) pour déplacer axialement l'objectif (Li) et commander la mise au point en fonc- tion de cette distance. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intensité de la source lumi- neuse est périodiquement modifiée. 3. - Dispositif selon la revendication -9- 2, caractérisé en ce que la période de la variation périodique de l'intensité est de 0,05 seconde ou moins. 4. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source lumineuse est une source de rayonnement infrarouge. 5. - Dispositif pour la mesure automati- que de la distance à laquelle se trouve un objet (P) depuis un endoscope comportant un tube en fibres trans- metteur d'image (1), un objectif (Ll) pour focaliser l'image de l'objet à analyser ou photographier sur la face d'entrée (la) du tube transmetteur d'image, un oculaire (L2) pour agrandir et visionner l'image appa- raissant sur la face de sortie (1b) du tube transmetteur d'image, une source lumineuse (3) pour éclairer l'objet, un tube en fibres souple transmetteur de lumière (2) pour transmettre la lumière de la source vers l'objet, et des moyens (4,L3,5,18) pour mesurer la luminosité de l'objet éclairé par la source, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens (10,11,12) pour faire varier l'intensité de la source lumineuse, des moyens (19) pour comparer le signal de sortie des mo- yens de mesure de luminosité avec un signal de valeur prédéterminée (S2), les moyens (19) fournissant un signal de sortie lorsque le signal des moyens de mesure de luminosité devient égal au signal de valeur prédé- terminée, des moyens (20,13,14,15,16) étant prévus, d'une part, pour recevoir le signal de sortie des mo- yens de comparaison, d'autre part, pour déterminer en fonction de l'intensité de la source lumineuse la distance à laquelle se trouve l'objet, lorsqu'est reçu le signal de sortie précité. 6. - Dispositif pour la mesure automati- que de la distance à laquelle se trouve un objet ( P) depuis un appareil optique, caractérisé en ce qu'il -10- comporte une source lumineuse (3) pour éclairer l'objet, des moyens (4,L3,5,18) pour mesurer la luminosité de -l'objet éclairé par la source, des moyens (10,11,12) pour faire varier l'intensité de la lumière émise par la source lumineuse, des moyens (19) pour comparer le signal de sortie des moyens de mesure de luminosité avec un signal de valeur prédéterminée (S2), les moyens (19) fournissant un signal de sortie lorsque le signal des moyens de mesure de luminosité devient égal au signal de valeur prédéterminée, des moyens (20, 13,14,15,16) étant prévus, d'une part, pour recevoir le signal de sortie des moyens de comparaison, d'autre part, pour déterminer en fonction de l'intensité de la source lu- mineuse la distance à laquelle se trouve l'objet, lors- qu'est reçu le signal de sortie précité. 7. - Dispositif de mise au point automa- tique de l'image d'un objet (P) dans un appareil optique, caractérisé en ce qu'il comporte une source de lumière (3) pour éclairer l'objet, des moyens (4,L3,5,18) pour mesurer la luminosité de l'objet éclairé par la source de lumière, des moyens (19) pour comparer le signal de sortie des moyens de mesure de luminosité avec un signal de valeur prédéterminée (S2), les moyens (19) fournis- sant un signal de sortie lorsque le signal des moyens de mesure de luminosité devient égal au signal de va- leur prédéterminée, des moyens (20,13,14,15,16) étant prévus, d'une part, pour recevoir le signal de sortie des moyens de comparaison, d'autre part, pour déterminer en fonction de l'intensité de la source lumineuse la distance à laquelle se trouve l'objet, lorsqu'est reçu le signal précité, ainsi nue des moyens (17) pour dé- placer axialement l'objectif (LI) et commander la mise au point en fonction de cette distance. 8. Dispositif selon la revendication 6 -11- ou 7s caractérisé en ce que la source de lumière est une source de rayonnement infrarouge. - Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'intensité de la source de lumière est périodiquement modifiée. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la période de la variation périodique de 1 intensité de la source de lumière est de 0905 seconde ou moins.