AT328766B - Einrichtung zum fokussieren - Google Patents

Einrichtung zum fokussieren

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AT328766B
AT328766B AT168373A AT168373A AT328766B AT 328766 B AT328766 B AT 328766B AT 168373 A AT168373 A AT 168373A AT 168373 A AT168373 A AT 168373A AT 328766 B AT328766 B AT 328766B
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AT
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focusing
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maximum
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AT168373A
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Erich Dipl Ing Beck
Gottfried Dipl Ing Patels
Franz Vrabec
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Eumig
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/36Systems for automatic generation of focusing signals using image sharpness techniques, e.g. image processing techniques for generating autofocus signals

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Fokussieren optischer Systeme, die ein beim
Fokussieren einen Verstellweg durchlaufendes Fokussierglied aufweisen, wobei während dieses Durchlaufes das
Kontrastmaximum mit Hilfe zumindest eines nichtlinearen Photowiderstandes im Lichtweg hinter dem optischen
System bestimmt wird. 



   Bei Einrichtungen dieser Gattung kommt es darauf an, das Maximum zu finden. Dies erfolgt in herkömmlichen Geräten (vgl. österr. Patentschrift Nr. 264283) so, dass für eine vorgegebene elektrische Schaltung ein Vergleichswert als Maximum festgesetzt wird, wobei bei Erreichen dieses Wertes durch den festgestellten tatsächlichen Kontrast das Maximum angenommen wird. In der Praxis mag sich dieses Verfahren häufig recht gut bewähren, dort aber, wo höhere Genauigkeiten erforderlich sind, erweist es sich, dass der vorgegebene
Vergleichswert aus mancherlei Gründen doch nicht das Maximum in Einzelfall darstellt, so dass hohe Anforderungen an die Genauigkeit beim bekannten Verfahren nicht erfüllt werden können. 



     Erfindungsgemäss   werden diese Nachteile dadurch vermieden, dass an den Photowiderstand über einen Schwellwertschalter zum Feststellen des Überschreitens einer vorbestimmten Kontrastschwelle während des anfänglichen Durchlaufes des Fokussiergliedes und des Unterschreitens der vorbestimmten Kontrastschwelle nach Durchlaufen des Kontrastmaximums, zweckmässig kleiner Hysterese, eine Speichereinrichtung zum Speichern einer von der Weglänge zwischen über- und Unterschreiten der vorbestimmten Kontrastschwelle abhängigen Grösse geschaltet ist, wobei die Schärfenebene durch Halbieren dieser Weglänge bestimmbar ist. Mit Hilfe der Speichereinrichtung wird also die Weglänge festgestellt, worauf die Bedienungsperson lediglich den festgestellten Wert halbieren und das Fokussierglied um den halbierten Wert zurückverstellen muss.

   Aber auch dies lässt sich automatisieren, wie an Hand der Ausführungsbeispiele noch erläutert werden wird. 



   Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich daher aus der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen.   Fig. 1   zeigt schematisch eine Anordnung für eine erfindungsgemässe Einrichtung. Fig. 2 stellt schematisch eine Justiereinrichtung für eine Messeinrichtung dar, wogegen die Fig. 3 und 4 Schaltbilder jeweils einer Messeinrichtung im Zusammenhang mit verschieden ausgebildeten erfindungsgemässen Fokussiereinrichtungen zeigen. 



   Die Prüfeinrichtung gemäss Fig. 1 besteht aus einer Beleuchtungseinrichtung --1 bis 7--, einer Prüfvorlage   --8--,   einem in einen   Halter--10--eingelegten   und zu prüfenden   Objektiv--8--,   einer   Fokussiersteuerung--11   bis 13--, einem optischen   Vorsatz--14--zur   Brennweitenkorrektur, in einem Messfeld --16-- angeordneten n Messeinrichtungen --17/1 bis 17/n-- und schliesslich einem elektrischen   Auswertgerät --18--.    



   Die Beleuchtungseinrichtung--l bis 7--hat die Aufgabe, die   Prüfvorlage-8--gleichmässig   und zeitlich konstant zu beleuchten. Dazu muss der Öffnungswinkel der Beleuchtungseinrichtung dem Typ der zu prüfenden Objektive angepasst sein. Ausserdem sind   Lampe-2-und Photodiode-3-,   auf welche ein Teil des Lichtes der   Lampe--2--fällt,   mit dem   Lichtsteuergerät--4--verbunden,   welches elektrisch den Lampenstrom so regelt, dass unabhängig von Netzspannungsschwankungen oder von Alterungserscheinungen der 
 EMI1.1 
 
Kontrastübertragung des   Objektivs --9-- dienen   und gemäss den Fig. 3, 4 in einer Brücke angeordnet sind. Die Details der Messeinrichtung sind für die Funktion der Fokussiereinrichtung ohne Bedeutung und sind in der   östeu.

   Patentschrift Nr. 316171   beschrieben. 



   Die in der Bildebene von den Messeinrichtungen gemessenen Kontrastwerte hängen wesentlich davon ab, mit Hilfe welcher Methode fokussiert und welcher Parameter der Abbildung bei dieser Fokussiermethode optimiert wurde. Es ist bekanntlich nicht gleich, ob das Bild der   Prüfvorlage z. B.   in der Bildfeldmitte auf grössten Kontrast bei einer bestimmten Linienfrequenz oder auf grösste Kontrastschärfe oder auf beste   "Auflösung" eingestellt   wird, ebenso ist es für die Reproduzierbarkeit dieser Fokussierung nicht gleichgültig, ob visuell oder mit Hilfe eines Messgerätes fokussiert wird.

   Vorzugsweise ist eine automatische Fokussiereinrichtung vorgesehen, die einen Paramter der Abbildung in der Messfeldmitte, nämlich den Kontrast bei einer bestimmten, aber frei wählbaren Raumfrequenz, seinem Maximum zuführt, wobei zur Fokussierung die in der Messfeldmitte gelegene   Messeinrichtung --17/1-- mitverwendet   wird. Es entfällt somit eine gesonderte photoelektrische Einrichtung für die Fokussierung. An Stelle der   Messeinrichtung --17/1-- allein   könnte aber auch eine Mehrzahl dieser Einrichtungen, gegebenenfalls auch alle, für die Fokussierung mitbenutzt werden. 



   Die Fokussierung nutzt den schon bei den Messstellen erwähnten, bekannten Zusammenhang zwischen Kontrast des Strichgitterbildes und   Brückenspannung--Ub--der nichtlineare   Wandler enthaltenden Messbrücke. Bei maximalem Kontrast ist auch die Brückenspannung maximal. Es kommt also darauf an, das Maximum zu finden. Das   erfindungsgemässe,   unter den gegebenen Umständen besonders genaue Verfahren sei nachstehend an Hand zweier Ausführungsbeispiele (Fig. 3, 4) in Analog- und in Digitaltechnik beschrieben. 



   Die in Fig. 3 dargestellte Fokussierschaltung besteht aus einer   Starttaste--57--,   einer Spannungsquelle   --58-- für   den Betrieb des Motors--12--, einem Schwellwertschalter --59-- mit kleiner Schalthysterese, einer Relaissteuerung--60--, zwei Integratoren--61, 62--, einem Spannungsspeicher--63--, einer 

 <Desc/Clms Page number 2> 

   Vergleichsschaltung --64-- und   einer einfachen Recheneinrichtung in Form eines Spannungsteilers--65--. Das   Objektiv--9-- (Fig. l)   wird so in den Halter--10--eingelegt, dass die Entfernung zwischen Objektiv --9-- und Strichgitter-22-z. B. zu klein für eine scharfe Abbildung ist.

   Nach Betätigen der Starttaste - wird mittels des   Motors--12--die   Entfernung zwischen   Objektiv--9--und   Strichgitter   --22--   vergrössert. Dabei wird das Testbild--33--kontrastreicher und es steigt daher die Spannung --Ub-- in der Brücke. Wichtig für die Genauigkeit der Fokussierung ist, dass die Bewegung des Objektivs mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt. Es ist daher zweckmässig die Drehzahl des   Motors-12-in   an sich bekannter Weise stabilisiert. übersteigt nun die   Brückenspannung--Ub-infolge   des immer kontrastreicher 
 EMI2.1 
    --33-- die Schwellspannung --Us--,Schwellspannung--Us--unterschritten   wird und die Ausgangsspannung des Schwellwertschalters--59-wieder auf 0 zurückspringt.

   Der von dem Ausgang des   Schwellwertschalters --59-- abgegebene   Impuls der Amplitude--Ut--und jener Zeitdauer, die zwischen über- und Unterschreiten der Schwellspannung--Us-durch die Brückenspannung --Ub-- liegt, wird im Integrator--61--integriert. Vorausgesetzt, dass die Spannung--Us--konstant ist, so ist die nun am Integratorausgang vorhandene Spannung proportional zur Länge des Impulses. Wurde die Geschwindigkeit des Motors --12-- tatsächlich konstant gehalten, so ist die Spannung am Integratorausgang damit auch proportional der Länge der Wegstrecke vom Erreichen der Schwellspannung--Us--bis zum Unterschreiten derselben. Diese am Integratorausgang des Integrators - auftretende Spannung wird im Spannungsspeicher--63--gespeichert und im Spannungsteiler --65-- halbiert. 



   Das Zurückspringen der Ausgangsspannung des Schwellwertschalters--59--auf den Wert 0 beim Unterschreiten von --Us-- durch --Ub-- betätigt mittels der Relaissteuerung--60--ein Relais mit den Kontakten-66, 67,   68--.   Dadurch wird der   Motor --12-- umgepolt   und somit die Bewegungsrichtung des   Objektivs--9--umgekehrt.   Das   Testbild--33-wird   daher wieder kontrastreicher, die Brückenspannung   --Ub-- steigt   wieder an und überschreitet wieder die   Schwellspannung   Die vom Schwellwertschalter   --59-- nunmehr   abgegebene Spannung-Ut-wird aber nun wegen der geänderten Stellung des Kontakts - dem zweiten Integrator --62-- zugeführt,

   dessen Ausgangsspannung aus den schon erwähnten Gründen ebenfalls proportional der seit dem überschreiten   von--Us--durch--Ub--zurückgelegten   Wegstrecke ist. 



   Sowohl die Ausgangsspannung des Integrators--62--, als auch die vom   Integrator--61--gelieferte   und im Spannungsteiler--65--halbierte Spannung wird der Vergleichsschaltung --64-- zugeführt. Bei 
 EMI2.2 
 gleichzeitig kurzgeschlossen, so dass das   Objektiv --9-- sofort   stillsteht. Der seit dem überschreiten des   Schwellwertes--Us--zurückgelegte   Weg des Objektivs --9-- beträgt nun die Hälfte der ganzen Wegstrecke vom über- bis zum Unterschreiten des Schwellwertes--Us--durch die von der   Messeinrichtung--17/1--   gelieferte Spannung--Ub--.

   Setzt man einen symmetrischen Spannungsverlauf voraus, so ergibt die halbe Wegstrecke genau das Spannungsmaximum und mithin auch das Maximum des Kontrastes des Testbildes   - -33--.   Ein symmetrischer Spannungsverlauf ist umso eher gegeben bzw. im Rahmen der geforderten Genauigkeit anzunehmen, je höher der Schwellwert--Us--im Vergleich zur Maximalspannung gewählt wird, so dass die zu durchfahrende Wegstrecke genügend klein bleibt. Dies bringt auch den Vorteil eines raschen Auffindens der Maximalspannung. Nach dem Fokussieren können ohne weitere Schaltvorgänge die Messeinrichtungen --17-- einzeln oder in ihrer Gesamtheit abgefragt werden. 



   Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Fokussiersteuerung, jedoch in Digitaltechnik. Es sei dabei ebenso die Anordnung gemäss Fig. 1 zugrunde gelegt, mit dem einzigen Unterschied, dass der   Motor --12-- durch   einen   Schrittmotor --12'-- ersetzt   ist. Die Steuerschaltung besteht aus einem   Impulsgeber-70--,   einem   Schwellwertschalter --71--,   zweckmässig mit kleiner Schalthysterese, einem die Recheneinrichtung darstellenden Frequenteiler in Form eines bistabilen Multivibrators--72--, Torschaltungen   (UND-Gatter)-74   bis   77--,   einer weiteren Flip-Flop-Schaltung-78--, einer Schrittmotoransteuerung --79--, Zählern --80,81--, einer Vergleichseinrichtung--82--sowie einer   Starttaste--83--.   



   Im Betrieb sei beispielsweise wieder von einer für eine scharfe Abbildung des   Testbildes--33--zu   geringen Entfernung des   Objektivs--9--von   der   Prüfvorlage--8--ausgegangen.   Durch Schliessen der   Starttaste--83--gelangen Rechteckimpulse   aus dem Impulsgenerator--70--über die Torschaltung - auf die   Torschaltungen-74   bis 77--. Davon sind zunächst die Torschaltungen-74, 77-- 
 EMI2.3 
 Null beträgt. Eines der   Gatter--75   bis   76--ist   offen, da diese Gatter von der Flip-Flop-Schaltung--78-angesteuert werden. Es gelangen daher   z.

   B.   über das   Gatter--75--Impulse   zur Schrittmotoransteuerung 

 <Desc/Clms Page number 3> 

   --79--   und diese geben dem   Schrittmotor--12'--eine   solche Drehrichtung, dass sich die Entfernung zwischen   Objektiv-9-und Prüfvorlage-8--vergrössert.   Das   Bild-33-des Strichgitters-22-   wird dadurch kontrastreicher, die   Brückenspannung--Ub--steigt   an, überschreitet den Schwellwert-Us-, 
 EMI3.1 
    geöffnet- -72--,   wird nur jeder zweite Impuls des   Impulsgebers --70-- ab   dem Überschreiten der   Schwellwertspannung-Ug-gezählt.

   Da   das   Tor --75-- weiterhin   offen bleibt und die Bewegung des Objektivs andauert, durchläuft der Kontrast des Testbildes ein Maximum und ebenso die Brückenspannung 
 EMI3.2 
 gesperrt wird. Der nun vorhandene Zählerstand des   Zählers--80--stellt   die Hälfte der Impulszahl dar, die dem Schrittmotor --12'-- zugeführt werden musste, um vom Überschreiten der Schwellspannung--Us-durch--Ub-bis zum Unterschreiten zu gelangen. Durch den Sprung des Ausgangspotentials des Schwellwertschalters --71-- von Lauf 0 wird das Flip-Flop--78--getriggert, von beiden Flip-Flop-Ausgängen werden nun gegenüber den vorhergehenden, entgegengesetzte Signale abgegeben. Dadurch wird das   Tor--75--gesperrt,   das Tor--76--aber geöffnet.

   Es gelangen nun Impulse aus dem 
 EMI3.3 
 wird und die Ausgangsspannung des Schwellwertschalters--71--auf L-Potential springt. Nun öffnet das Tor   - 77-,   denn auch der mit dem   Flip-Flop--78--verbundene   Eingang führt L-Potential, und es gelangen somit die Impulse des   Impulsgenerator--70--über   das offene   Tor--77--zum Zähler--81--. In   diesem wird aber im Gegensatz zum   Zähler--80--jeder   Impuls gezählt.

   Hat der   Zähler--81--den   gleichen Zählerstand erreicht wie der   Zahler--80--,   so wurden dem   Schrittmotor--12'--seit   dem wiederholten überschreiten des   Schwellwertes--US--genau   die Hälfte der Impulsanzahl zugeführt, die notwendig war, um vom überschreiten des Schwellwertes-Us-bis zum Unterschreiten desselben zu gelangen. Da jeder Schritt des Schrittmotors das Objektiv --90-- um eine konstante Wegstrecke weiterbewegt, so ist bei Gleichheit der Zählerstände und symmetrischem Spannungskurvenverlauf das Objektiv --9-- auf das   Messfeld--16--   
 EMI3.4 
 gelangen können. 



   Wenn auch das erfindungsgemässe Fokussierverfahren an Hand einer Objektivprüfeinrichtung betrieben wurde, wofür sie sich besonders eignet, so kann es doch auch für andere optische Systeme, gegebenenfalls auch die von Kameras, verwendet werden. Hiebei kann die Weglängenmessung für den Fokussierweg auch anders erfolgen,   z. B.   bei gegebener Verstellgeschwindigkeit des Fokussiergliedes durch eine Zeitmessung ersetzt werden. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Einrichtung zum Fokussieren optischer Systeme, die ein beim Fokussieren einen Verstellweg durchlaufendes Fokussierglied aufweisen, wobei während dieses Durchlaufes das Kontrastmaximum mit Hilfe zumindest eines nichtlinearen Photowiderstandes im Lichtweg hinter dem optischen System bestimmt wird, 
 EMI3.5 
    dass(59 ;   71) zum Feststellen des überschreitens einer vorbestimmten Kontrastschwelle während des anfänglichen Durchlaufes des Fokussiergliedes und des Unterschreitens der vorbestimmten Kontrastschwelle nach Durchlaufen des Kontrastmaximums, zweckmässig kleiner Hysterese, eine Speichereinrichtung   (63 ;

     80) zum Speichern einer von der Weglänge zwischen Über- und Unterschreiten der vorbestimmten Kontrastschwelle abhängigen Grösse geschaltet ist, wobei die Schärfenebene durch Halbieren dieser Weglänge bestimmbar ist. 
 EMI3.6 


Claims (1)

  1. ;(64 ; 82) vorgesehen ist, der einerseits von der Speichereinrichtung (63 ; 80) der durch die Recheneinrichtung (65 ; 72) halbierte Speicherwert und anderseits die beim neuerlichen Durchlauf des Fokussiergliedes (9) anfallenden, von der Weglänge abhängigen Werte zuführbar sind. EMI3.7 anfänglichen und beim neuerlichen Durchlauf des Fokussiergliedes (9) anfallenden, von der Weglänge abhängigen Werte einerseits zur Speichereinrichtung (63 ; 80) und anderseits zur Vergleichseinrichtung (64 ; 82) eine Umschalteinrichtung (66 ; 74,77, 78) vorgesehen ist. <Desc/Clms Page number 4>
    5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, mit einem in seiner Drehrichtung umschaltbaren Fokussiermotor, der über einen Motorstromkreis gespeist wird, in dem eine Unterbrechereinrichtung liegt, EMI4.1
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