Brevet FR2514157A1 — publié le 19830408

Z 514157, la présente invention concerne un procédé et un dispositif pour détecter une condition de mise au point d'un objectif, qui sont utilisables dans un appareil photo- graphique, une caméra cinématographique, un appareil optique destiné à réaliser des microphotographies,etc. Divers types de procédés et de dispositifs de dé- tection de mise au point ont été proposés jusqu'à présent. Par exemple, la demande de brevet du Japon publiée sous le numéro 60645/73 propose un dispositif dans lequel des flux lumineux transmis par des parties d'un objectif qui sont sy- métriques par rapport à son axe optique sont reçus par des éléments de réception de lumière en traversant une structure en treillis vibrante On détecte une condition de mise au point de l'objectif sur la base d'une différence entre les signaux de sortie convertis par effet photoélectriques qui sont obtenus à partir de ces éléments de réception de lumiè- re Cependant, dans un tel dispositif de détection de mise au point, la structure en treillis doit 6 tre supportée de façon mobile et doit être mise en vibration par un système d'entratnement, ce qui donne une taille importante et une structure complexe à l'ensemble du dispositif Pour éliminer de tels inconvénients, un autre dis- positif de détection connu a été proposé dans la demande de brevet du Japon publiée sous le numéro 142512/77 Dans ce dispositif, une image à examiner est divisée en deux images au moyen de prismesen coin qui sont disposés symétriquement, et les deux images sont projetées sur deux séries d'éléments de réception de lumière par l'intermédiaire d'une lentille relais On détecte une condition de mise au point sur la base d'un décalage latéral des images divisées, en traitant de fa- çon appropriée la différence entre les signaux de sortie de ces deux séries d'éléments de réception de lumière Dans le dispositif de détection de mise au point mentionné ci-dessus, on peut donner au système une structure relativement simple, du fait qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser le système vi- brant à structure en treillis et le mécanisme de support mo- bile Cependant, du fait que les images divisées par les prismes en coin sont projetées sur les deux séries d'éléments de réception de lumière au moyen de la lentille relais, il n'est pas possible de satisfaire suffisamment l'exigence d'un encombrement réduit, et il est extremement difficile de régler les relations optiques entre les positions de la lentille relais, des séries d'éléments de réception de lumiè- re, etc En outre, du fait qu'on utilise deux séries d'élé- ments de réception de lumière qui sont disposées cte à cote, il n'est pas possible de détecter la mise au point d'une ma- nière extrêmement précise, à cause des differences de leurs caractéristiques. L'invention a pour but de supprimer les inconvé- nients mentionnés ci-dessus et de procurer un procédé de dé- tection de mise au point capable d'effectuer une détection de mise au point d'une manière extrêmement précise. L'invention consiste en un procédé pour détecter une condition de mise au point d'un objectif destiné à former une image d'un objet dans un plan focal prédéterminé, en ap- pliquant sélectivement sur des premier et second éléments de réception de lumière respectifs des premier et second flux lumineux provenant chacun d'une partie au moins d'une moitié respective parmi des première et seconde moitiés d'un objectif divisé le long d'un plan contenant l'axe optique de l'objectif, et en traitant des signaux de sortie convertis par effet pho- toélectrique qui sont fournis par les premier et second élé- ments de réception de lumière Ce procédé est caractérisé en ce qu'on introduit les premier et second flux lumineux dans des premier et second éléments de séparation de faisceau lu- mineux qui sont respectivement placés entre l'objectif et les premier et second éléments de réception de lumière; en ce que les premier et second éléments de séparation de faisceau lumineux comprennent des première et seconde surfaces optiques respectives, chacune d'elles étant formée par une frontière entre une matière à indice de réfraction supérieur et une ma- tière à indice de réfraction inférieur, dans une direction de propagation de la lumière; et en ce que les première et se- conde surfaces optiques sont inclinées symétriquement par rapport à l'axe optique avec des angles tels que le premier flux lumineux soit transmis-à travers la première surface op- tique, mais réfléchi totalement par la seconde surface opti- que, et que le second flux lumineux soit transmis à travers la secondesurface optique, mais réfléchi totalement par la première surface optique. L'invention a également pour but de procurer un dispositif de détection de mise au point destiné à mettre en oeuvre le procédé de détection de mise au point précité au moyen d'un système optique de faible encombrement. Conformément à l'invention, un dispositif destiné à détecter une condition de mise au point d'un objectif devant former une image d'un objet dans un plan focal prédéterminé comprend: des éléments de séparation de faisceau lumineux qui comprennent des première et seconde surfaces optiques, chacune d'elles étant formée par une frontière entre des ma- tières à indice de réfraction supérieur et inférieur, ces pre- mière et seconde surfaces optiques étant inclinées symétrique- ment par rapport à un axe optique, sous un angle pratiquement égal à un angle critique; des moyens comprenant des premier et second éléments de réception de lumière qui sont placés de façon à recevoir les premier et second flux lumineux provenant d'une première moitié et d'une seconde moitié de l'objectif et transmis respectivement à travers les première et-seconde sur- faces optiques; et des moyens destinés à traiter des signaux de sortie convertis par effet photoélectrique, qui proviennent des premier et second éléments de réception de lumière, pour détecter la condition de mise au point de l'objectif, sur la base d'un décalage latéral de deux images formées par ces deux flux lumineux transmis à travers les première et seconde sur- faces optiques. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux des- sins annexés sur lesquels: 1 a figure 1 est une représentation schématique mon- trant le principe de séparation d'un flux lumineux basé sur l'utilisation d'un angle critique, conformément à l'invention; Ta figure 2 est une représentation schématique mon- trant un mode de réalisation du dispositif de détection-de mise au point conforme à l'invention; Les figures 3 A à 30 sont des représentations smhéma- tiques qui montrent une relation entre une position focale et la déviation des flux lumineux dans les conditions respecti- ves dans lesquelles l'objectif est réglé de façon à donner une image au point) est réglé sur une distance trop courte et est réglé sur une distance trop longue; La figure 4 est un graphique montrant des distribu- tions des signaux de sortie des première et seconde séries d'éléments de réception de lumière; et la figure 5 est un schéma synoptique qui représente un mode de réalisation d'une unité de calcul du dispositif de détection de mise au point conforme à l'invention. Ia figure 1 est une représentation schématique des- tinée à expliquer le principe de la séparation entre un flux lumineux provenant d'une moitié d'un objectif et un flux lu- mineux provenant de l'autre moitié de l'objectif, ces moitiés étant séparées selon un plan qui contient l'axe optique de l'objectif Sur la figure 1, un prisme triangulaire 2 est -20 placé dans l'espace situé du c 8 té image d'un objectif tel qu'un objectif photographique 1 Une surface inclinée 3 du prisme 2 est placée de façon que l'angle 6 entre un axe opti- que O et une normale Z à la surface inclinée 3 soit voisin de l'angle critique Par exemple, si on suppose que le prisme 2 est en une matière ayant un indice de réfraction N de 1,5 et est entourée par de l'air, l'angle O (=sinz -) est fixé à n environ 420 De cette manière, des rayons lumineux transmis à travers une moitié droite de l'objectif 1, par rapport à un plan perpendiculaire au dessin et contenant l'axe optique 0, tombent sur la surface inclinée 3 sous des angles supérieurs à l'angle critique, ce qui fait qu'un faisceau lumineux cons- titud par ces rayons lumineux est totalement réfléchi sur la surface inclinée 3 Au contraire, les rayons lumineux transmis à travers une moitié gauche de l'objectif 1 tombent sur la surface inclinée 3 sous des angles inférieurs à l'angle criti- que, ce qui fait qu'un faisceau lumineux constitué par ces rayons lumineux est réfracté par la surface inclinée 3 Dans le cas o on fait tourner de 1800 le prisme 2 autour de l'axe optique 0, les faisceaux lumineux transmis à travers la par- tie droite et la partie gauche de l'objectif 1 sont respec- tivement réfractés et réfléchis par la surface inclinée 3. De cette manière, en utilisant l'angle critique, il est pas- * 5 sible de séparer de façon stable les flux lumineux transmis à travers les parties gauche et droite de l'objectif 1, ces parties étant délimitées par le plan perpendiculaire au des- sin et contenant l'axe optique O - Dans un mode de réalisation préféré de l'invention. utilisant l'angle critique mentionné ci-dessus, les flux lu- mineux transmis par la partie droite (première région) et par la partie gauche(seconde région) de l'objectif I sont respectivement séparés au moyen d'un réseau de prismes Cha- cun de ces prismes comporte des surfaces inclinées qui sont établies de façon que les flux lumineux tombent sur les sur- faces inclinées sous des angles supérieurs ou inférieurs à l'angle critique, après quoi une partie au moins des flux lumineux séparés par le prisme est reçue par une paire d'élé- ments de réception de lumière. la figure 2 est une représentation schématique mon- trant un mode de réalisation d'une structure de prismes et la configuration d'une paire d'éléments de réception de lu- mière du dispositif de détection de mise au point conforme à l'invention Dans le mode de réalisation considéré, les pris- mes 4-1, 4-(N-1) et 4-N sont formés d'un seul tenant et chaque prisme comporte deux surfaces inclinées 5-1 et 5-2 sur lesquelles tombent les flux lumineux transmis par les première et seconde régions Ainsi, le flux lumineux transmis par la première région (les rayons lumineux représentés en traits continus) tombe sur la surface 5-1 sous un angle infé- rieur à l'angle critique, mais il tombe sur la surface 5-2 sous un angle supérieur à l'angle critique Cette relation est complètement inversée pour le flux lumineux qui est: transmis par la seconde région (rayons lumineux représentés en pointillés) Avec une telle structure, comme le montre clairement le flux lumineux qui passe par un foyer a ou b, les flux lumineux transmis par les première et seconde ré- gions de l'objectif 1 sont respectivement réfléchis par les surfaces inclinées 5-2 et 5-1, ce qui fait que seul le flux lumineux provenant de la première région est transmis à tra- vers la surface inclinée 5-1 et, de même, seul le flux lumi- neux provenant de la seconde région est transmis à travers la surface inclinée 5-2 Par conséquent, si un certain nom- bre d'éléments de réception de lumière 6-1, 7-1;; 6-(N-1), 7-(N-1); 6-N, 7-N sont disposes en un réseau de telle manière que les éléments 6-1, 7-1; 6-N, 7-N soient symétriques par rapport aux armtes des prismes respectifs 4-1, o, 4-(N-1), 4-N, seul le flux lumineux transmis par la première région de l'objectif tombe sur les éléments de ré- ception de lumière 6-1 à 6-N (première série d'éléments de réception de lumière) et, de même, seul le flux lumineux transmis par la seconde région tombe sur les éléments de ré- ception de lumière 7-1 à 7-N (seconde série d'éléments de réception de lumière). Les figures 3 A à 30 sont des représentations shé- matiques qui montrent la relation entre une position focale et la déviation des flux lumineux Sur les figures 3 A à 30, on a représenté dans un but de simplicité ócinq prismes 4-1 à 4-5 et cihq paires d'éléments de réception de lumière 6-1 à 6-5; 7-1 à 7-5 Les flux lumineux transmis par la première région de l'objectif sont désignés par les références A à E et les rayons lumineux transmis par la seconde région de l'objectif sont désignés par les références A' à E', tandis que les foyers sont désignés par les références a-e Dans le mode de réalisation consideré, les prismes 4-1 à 4-5 sont placés près d'une surface focale prédéterminée F qui est con- jugée par rapport à un plan focal sur lequel une image d'un objet doit être formé Comme le montre la figure 3 A, dans le cas o les foyers a-e se trouvent exactement sur la surface focale f, c'est-à-dire dans une condition dans laquelle l'ima- ge est au point, les rayons lumineux A et A', B et B',, E et E' tombent respectivement sur les éléments de réception de lumière 6-1 et 7-1, 6-2 et 7-2, 6-5 et 7-5 Dans ce cas, du fait que les distributions de l'intensité de la lu- mière incidente sur la première série d'éléments de réception de lumière 6-1 à 6-5 et sur la seconde série d'élément de ré- ception de lumière 7-1 à 7-5 deviennent identiques, les dis- tributions des signaux de sortie de ces éléments sont mutuel- lement identiques Autrement dit, les éléments 6-1 et 7-1 re- çoivent les mêmes rayons lumineux Au contraire, comme le montre la figure 3 B, dans le cas o les foyers a-e se trouvent en arrière de la série d'éléments de réception de lumière, c'est-à-dire dans une condition de réglage sur une distance trop courte, les rayons lumineux B et B', par exemple, tombent respectivement sur les éléments de réception de lumière 6-1 et 7-3 et les autres flux lumineux tombent sur des éléments de réception de lumière qui sont décalés par rapport à ceux qui correspondent à la situation dans laquelle l'image est au point Par conséquent, dans ce cas, les distributions de l'in- tensité lumineuse tombant sur les première et seconde séries d'éléments de réception de lumière sont mutuellement diffé- rentes et les distributions des signaux de sortie deviennent également différentes, comme le montrent les courbes I et II de la figure 4 En outre, comme le montre la figure 3 G, dans le cas o les foyers a-e sont situés en avant de la surface focale F, c'est-à-dire dans une condition de réglage sur une distance trop longue, les flux lumineux A-E et AX-E' sont décalés dans des directions opposées par rapport au cas qui est représenté sur la figure 3 B, ce qui fait que les distri- butions des signaux de sortie des première et seconde séries d'éléments de réception de lumière sont décalées d'une maniè- re inverse à celle correspondant aux courbes représentées sur la figure 4. Par conséquent, on peut détecter la direction et la valeur du défaut de mise au point en détectant-la direction et la valeur du décalage relatif des deux images divisées qui tombent sur les éléments de réception de lumière On va expliquer une forme préférée du procédé de détection de condi- tion de mise au point On mesure tout d'abord les différences des signaux de sortie entre tous les éléments de réception de lumière adjacents, pour détecter les positions M et M' pour les première et seconde séries d'éléments de réception de lu- mière qui manifestent les différences maximales de même pola- rité entre les signaux de sortie On compare ensuite mutuel- lement les positions M et M' ayant la même polarité On détec- te ensuite la position de mise au point de la manière suivan- te: M> M' correspond à une condition de réglage sur une dis- tance trop longue, M ge sur une distance trop courte et M = M' correspond à une image au point De plus, en calculant M M', on peut déter- miner la valeur de l'écart par rapport à la condition dans laquelle l'image est au point Il faut noter que si on détec- te plus de deux différences maximales entre les signaux de sortie ayant la même valeur, on peut choisir les plus petits nombres de positions en tant que valeurs M et Mt. La figure 5 est un schéma synoptique qui montre un mode de réalisation d'une unité de calcul du dispositif de détection de mise au point conforme à l'invention Dans le mode de réalisation qui est représenté sur la figure 5, la première série d'éléments de réception de lumière 6 compre- nant les éléments de réception de lumière 6-1 à 6-N et la se- conde série d'éléments de réception de lumière 7, comprenant les éléments de réception de lumière 7-1 à 7-N sont attaquées sous la commande d'un circuit de commande 8 Ensuite, les si- gnaux de sortie de ces éléments, convertis par effet photo- électrique, sont bloqués par un circuit échantillonneur-blo- queur 9, puis ils sont convertis successivement en signaux numériques au moyen d'un convertisseur analogique-numérique 10 Les signaux numériques sont ensuite appliqués à un cir- cuit de calcul 11 le circuit de calcul 11 calcule les dif- férences entre des éléments de réception de lumière succes- sifs des séries respectives, afin de détecter les positions. M et M' des éléments de réception de lumière qui produisent les signaux de sortie présentant la différence maximale et la meme polarité Les positions M et M' obtenues sont ensuite appliquées au circuit de commande, après avoir été comparées mutuellement* Le circuit de commande 8 détecte si la condi- tion de mise au point correspond à un réglage sur une dis- tance trop courte, un réglage sur une distance trop longue ou une image au point, en conformité avec le signal que four- nit le circuit de calcul 11, et il indique sur un indicateur 12 la valeur détectée de l'écart par rapport à la position correspondant à une image au point La commandle de mise au point peut donc 9 tre effectuée manuellement ou automatique- ment, en correspondance avec l'information qu'indique l'in- dicateur 12. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisa- tion décrit ci-dessus et peut faire l'objet de diverses mo- difications Par exemple, dans le mode de réalisation ci- dessus, les flux lumineux transmis par les première et se- conde régions de l'objectif sont séparés par un prisme tri- angulaire, mais on peut utiliser pour cette séparation d'au- tres prismes polygonaux ou un élément optique en forme de cône Dans ce cas, de tels éléments de séparation de fais- ceau lumineux peuvent 4 tre placés à la m 8 me position que dans le mode de réalisation considéré ci-dessus Ainsi, cha- que paire d'éléments de réception de lumière peut 9 tre pla- cée symétriquement par rapport à un sommet ou une arête En outre, on peut placer sur la surface inférieure du prisme une lame à faces parallèles en verre ou en matière plastique. Dans un tel cas, il est possible de recevoir uniquement le flux lumineux effectivement désiré, au moyen-d'éléments de réception de lumière plus étroits. En outre, il n'est pas toujours-obligatoire que la surface inclinée du prisme soit formée par une frontière en- tre le prisme et l'air, et elle peut 4 tre formée par une frontière entre des matières ayant des indices de réfraction supérieur et inférieur. Conformément à l'inventiondu fait qu'il n'est pas nécessaire d'employer un mécanisme d'entra Tnement, une len- tille relais, etc, on peut donner à l'ensemble du dispositif une structure simple et une taille faible, De plus, du fait que les éléments de réception de lumière pour les première et seconde séries peuvent ttre formés en un réseau, d'un seul tenant, on peut éliminer une dispersion caractéristique entre les première et seconde séries d'éléments de réception de lumière, ce qui permet d'effectuer la détection de mise au point d'une manière extrêmement précise. Il va de soi que de nombreuses autres modifications peuvent ttre apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invent'i'6 on REVENDICATIONS 1 Procédé de détection d'une condition de mise au point d'un objectif ( 1) destiné à former une image d'un objet dans un plan focal prédéterminé, en appliquant sélectivement et respectivement sur des premiers et seconds moyens de ré- ception de lumière ( 6-1, 7-1, o, 6-N, 7-N) des premier et second flux lumineux qui proviennent d'une partie au moins d'une moitié correspondante parmi des première et seconde moitiés de l'objectif, ces oitiés étant divisées selon un plan contenant l'axe optique ( 0) de l'objectif, et en trai- tant des signaux de sortie convertis par effet photoélectri- que qui sont fournis par les premiers et seconds moyens de réception de lumière, caractérisé en ce que: on introduit les premier et second flux lumineux dans des premiers et se- conds moyens de séparation de faisceau lumineux ( 4-1, À, 4-N) qui sont respectivement placés entre l'objectif ( 1) et les premiers et seconds moyens de réception de lumière ( 6-1, 7-1, 6-N, 7-N), ces premiers et seconds moyens de sépara- tion de lumière comprenant respectivement des première et se- conde surfaces optiques ( 5-1, 5-2); chacune de ces surfaces optiques est formée par une frontière entre une matière b indice de réfraction supérieur et une matière à indice de ré- fraction inférieur, dans la direction de propagation de la lumière; et les première et seconde surfaces optiques sont inclinées symétriquement par rapport à l'axe optique ( 0) sous des angles tels que le premier flux lumineux soit transmis à travers la première surface optique ( 5-1), mais soit réfléchi totalement par la seconde surface optique ( 5-2) et que le second flux lumineux soit transmis à travers la seconde sur- face optique ( 5-2) mais soit réfléchi totalement par la pre- mière surface optique ( 5-1). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second flux lumineux sont appliqués à un réseau d'éléments de réception de lumière ( 6-1, 7-1, 6-N, 7-N) qui appartiennent alternativement aux premiers et seconds moyens de réception de lumière, au moyen d'un prisme ( 5) qui comprend un réseau de surfaces optiques ( 5-1, 5-2) qui appartiennent alternativement aux premiers et seconds moyens de séparation de faisceau lumineux 3 O Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on calcule les différences respectives entre les signaux de sortie d'éléments successifs des premiers et se- conds moyens de réception de lumière ( 6-1, 7-1,, 6-N, 7-N), pour détecter les positions M et M' des éléments qui produisent respectivement les différences maximales de la même polarité, et on détecte la condition de mise au point de l'objectif conformément à une différence M-M' entre les positions détectées. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on détecte une direction d'une condition de défaut de mise au point par le signe de la différence M-M'. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on détecte la valeur d'une condition de défaut de mise au point par la valeur de la différence M M'. 6 Dispositif destiné à détecter une condition de mise au point d'un objectif ( 1) pour former une image d'un objet dans un plan-focal prédéterminé, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de séparation de faisceau lumi- neux ( 4-1,, 4-N) comprenant des première et seconde sur- faces optiques ( 5-1, 5-2), chacune d'elles étant formée par une frontière entre des matières ayant un indice de réfrac- tion supérieur et un indice de réfraction inférieur, ces première et seconde surfaces optiques étant inclinées symé- triquement par rapport à un axe optique ( 0), sous un angle pratiquement égal à un angle critique; des moyens ( 6-1, 7-1,, 6-N, 7-N) comprenant des premiers et seconds élé- ments de réception de lumière qui sont placés de façon à recevoir des premier et second flux lumineux provenant d'une première moiteié et d'une seconde moitié de l'objectif ( 1) et transmis respectivement par les première et seconde sur- faces optiques ( 5-1, 5-2); et des moyens ( 8-12) destinés à traiter des signaux de sortie convertis par effet photoélec- trique qui proviennent des premiers et seconds éléments de réception de lumière, pour détecter la condition de mise au point-de l'objectif, sur la base de la différence entre les deux flux lumineux qui sont transmis par les première et seconde surfaces optiques ( 5-1, 5-2). 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les première et seconde surfaces optiques sont for- mées par un prisme ( 5). 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un certain nombre de prismes-( 4-1, 4-N), ayant chacun les première et seconde surfaces optiques ( 5-1, 5-2) sont disposés de façon à former un réseau, et un certain nom- bre de paires des premiers et seconds éléments de réception de lumière ( 6-1, 7-1,, 6-N, 7-N) sont alignées en un ré- seau correspondant, de manière que les premiers et seconds éléments de réception de lumière soient placés en alternan- ce. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les différents prismes sont formés en un bloc ( 5) d'un seul tenant. Dispositif selon la revendication 8, caractéri- sé en ce que les premiers et seconds éléments de réception de lumière ( 61, 7-1, 6-N, 7-N) sont formés en un bloc d'un seul tenant. 11 Dispositif selon la revendication 8, caractéri- sé en ce que les prismes ( 4-1, 4-N) consistent en pris- mes triangulaires. 12 Dispositif selon la revendication 8, caractéri- sé en ce que le' moyens de traitement comprennent un circuit ( 11) qui est destiné à détecter la condition de mise au point de l'objectif ( 1) conformément à un décalage latéral de deux images formées par les premier et second flux luminetux trans- mis à travers les prismes.