DD245060A1

DD245060A1 - ACTIVE OPTO ELECTRONIC ARRANGEMENT FOR AUTOMATIC FOCUSING

Info

Publication number: DD245060A1
Application number: DD28513385A
Authority: DD
Inventors: Rolf Roeder; Wolfgang Holota; Harry Wendt
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1985-12-23
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1987-04-22
Also published as: DE3635560A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine aktive opto-elektronische Anordnung zur automatischen Fokussierung und kann bei Flaechen mit beliebigem Reflexionsvermoegen angewandt werden. Die Aufgabe, eine automatische Fokussierung unabhaengig von Lage, Form und Struktur der Flaeche zu realisieren, wird geloest, indem eine Anordnung angegeben wird, mit der eine selbstleuchtende oder beleuchtete Blende durch optische Bauelemente auf die zu fokussierende Flaeche abgebildet wird und ihr Bild durch einen Strahlteiler ueber eine Empfaengerblende, die identisch mit der Senderblende ist, auf einen Empfaenger abgebildet wird. Im fokussierten Zustand wird ein Energiemaximum angezeigt bzw. bei Verwendung einer komplementaeren Blende ein Minimum. FigurThe invention relates to an active opto-electronic arrangement for automatic focusing and can be applied to surfaces with any reflectivity. The task of realizing automatic focusing independently of the position, shape and structure of the surface is achieved by specifying an arrangement with which a self-illuminating or illuminated diaphragm is imaged onto the surface to be focused by optical components and its image through a beam splitter via a receiver aperture, which is identical to the transmitter aperture, is mapped to a receiver. In the focused state, an energy maximum is displayed or a minimum when using a complementary aperture. figure

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung kann zur automatischen Fokussierung auf strukturierte und nicht strukturierte Flächen beliebigen Reflexionsvermögens angewandt werden.The invention can be used for automatic focusing on structured and unstructured areas of arbitrary reflectivity.

Characteristic of the known technical solutions

Bekannte technische Lösungen lassen sich nach dem Prinzip in zwei Gruppen einteilen, von denen die eine mit Hilfe von Ultraschall und die andere mit Licht funktioniert. Die erste Gruppe arbeitet nach dem Echoverfahren und die zweite beruht auf Phasenvergleich, auf dem Prinzip der Schwingspiegel und auf Triangulationsverfahren.Known technical solutions can be divided according to the principle into two groups, one of which works with the help of ultrasound and the other with light. The first group works according to the echo method and the second group is based on phase comparison, on the principle of the vibrating mirrors and on triangulation methods.

Weitere bekannte Verfahren verwenden die Ortsfrequenzfilterung des Objektes oder einer erzeugten Objektstruktur. Die Nachteile dieser Methoden sind folgende: Das Echoverfahren mit Ultraschall ist in der Laufzeitmessung begrenzt und für Fokussiergenauigkeiten von ca 1 (im bis 1 mm nicht geeignet.Other known methods use the spatial frequency filtering of the object or a generated object structure. The disadvantages of these methods are as follows: The echo method with ultrasound is limited in the transit time measurement and is not suitable for focusing accuracies of approx. 1 (in up to 1 mm.

Der Phasenvergleich nutzt die direkte Entfernungsmessung über die Auswertung von auf Licht aufmodulierten Frequenzen und deren Phasenlage zueinander. Die Genauigkeit ist durch die erzielbaren Frequenzen bestimmt. Die Schwingspiegelmethode ist auf Triangulationsverfahren zurückzuführen und somit durch den Basisabstand der schwingenden Spiegel begrenzt. Die entsprechenden Genauigkeiten werden nur bei genügendem Basisabstand erreicht, der Platzbedarf ist beträchtlich. Bei spiegelnden Oberflächen läßt sich eine Verkippung nicht eindeutig von einer Defokussierung unterscheiden. Ortsfrequenzfilterungsverfahren sind zwar in der Genauigkeit zu bevorzugen, allerdings müssen bei automatischen Fokussierungen, wo das Objekt selbst gefiltert wird, auch entsprecti^rfde Ortsfrequenzen enthalten sein. Auf unstrukturierte Flächen kann nicht fokussiert werden. Wird eine in einem anderen Raum erzeugte Struktur auf das Objekt fokussiert, muß das Objekt möglichst strukturlos sein, um die Fokussierung nicht zu stören. Das Verfahren kann nicht auf diffus reflektierenden Flächen angewandt werden.The phase comparison uses the direct distance measurement via the evaluation of frequencies modulated on light and their phase relationship to each other. The accuracy is determined by the achievable frequencies. The oscillating mirror method is due to triangulation and thus limited by the base distance of the oscillating mirror. The corresponding accuracies are only achieved with sufficient base distance, the space requirement is considerable. For reflecting surfaces, tilting can not be clearly differentiated from defocusing. Although spatial frequency filtering techniques are preferable in accuracy, in automatic focusing where the object itself is filtered, there must also be matched spatial frequencies. Unstructured surfaces can not be focused. If a structure created in another room is focused on the object, the object must be as structureless as possible in order not to disturb the focus. The method can not be applied to diffuse reflecting surfaces.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung anzugeben, mit der ohne apparativen Mehraufwand automatische Fokussierung durchgeführt werden kann und die Nachteile des bekannten Standes der Technik nicht mehr auftreten.The aim of the invention is to provide an arrangement with which automatic focusing can be performed without additional equipment overhead and the disadvantages of the prior art no longer occur.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, mit der eine automatische Fokussierung unabhängig von der Lage, Form und Struktur der Fläche, auf die fokussiert werden soll, möglich ist. Diese Aufgabe löst eine aktiveoptoelektronische Anordnung zur automatischen Fokussierung erfindungsgemäß dadurch, daß in der Anordnung an sich bekannte optische Bauelemente so kombiniert werden, daß im fokussierten Zustand ein Maximum an Energie gemessen wird. Dazu sind folgende wesentliche Bauelemente vorgesehen: eine beleuchtete oder selbstleuchtende Blende, ein Objektiv zur Abbildung dieser Blende (Senderobjektiv), ein Intensitätsregler, ein Strahlungsteiler, ein Objektiv zur Fokussierung auf eine Fläche, ein Pupillenteiler, ein Empfängerobjektiv, eine Empfängerblende, ein Objektiv zur Abbildung der Pupille auf einen Empfänger.The invention has for its object to provide an arrangement with which an automatic focusing regardless of the location, shape and structure of the surface to be focused on is possible. This object is achieved by an active optoelectronic arrangement for automatic focusing according to the invention in that in the arrangement known optical components are combined so that a maximum of energy is measured in the focused state. For this purpose, the following essential components are provided: an illuminated or self-illuminating diaphragm, an objective for imaging this diaphragm (transmitter lens), an intensity regulator, a beam splitter, a lens for focusing on a surface, a pupil splitter, a receiver lens, a receiver diaphragm, a lens for imaging the pupil on a receiver.

Die Anordnung ist dadurch ausgezeichnet, daß die beleuchtete oder selbstleuchtende Blende durch das entsprechende Objektiv und das zu fokussierende Objektiv auf die zu fokussierende Fläche abgebildet wird, wobei das Bild der beleuchteten oder selbstleuchtenden Blende durch das zu fokussierende Objektiv und das Empfängerobjektiv auf eine entsprechend dem Abbildungsmaßstab gleiche oder komplementäre Blende abgebildet und die Intensität in der Pupille auf Maximum bzw. Minimum geregelt wird, um den fokussierenden Zustand anzuzeigen.The arrangement is characterized in that the illuminated or self-illuminating diaphragm is imaged by the corresponding lens and the objective to be focused on the surface to be focused, wherein the image of the illuminated or self-illuminating aperture through the lens to be focused and the receiver lens to a corresponding magnification the same or complementary aperture is displayed and the intensity in the pupil is set to maximum or minimum in order to indicate the focusing state.

Die Fläche, auf die fokussiert wird, kann organischer oder anorganischer Natur sein, strukturiert oder nicht strukturiert auf polierter oder nicht polierter, diffuser Oberfläche sein, kann eben oder gewölbt und in bestimmten Grenzen verkippt sein. Die zur Fokussierung verwendete Strahlung kann unmoduliert oder zur Ausschaltung von Störgrößen moduliert sein und wird über einen Strahlungsteiler oder zeitlich getaktet eingekoppelt.The surface to be focused on may be of organic or inorganic nature, structured or unstructured on polished or non-polished, diffused surface, may be planar or curved and tilted within certain limits. The radiation used for focusing can be unmodulated or modulated to eliminate disturbances and is coupled via a radiation splitter or timed clocked.

Die Empfängerblende ist in ihren Abmessungen dem Bild der beleuchteten oder selbstleuchtenden Blende identisch. Wesentlich ist weiterhin, daß die aperturbegrenzenden Blenden des Senderobjektives, des Empfängerobjektives und des zu fokussierenden Objektives in der gleichen oder konjugierten Ebene liegen. Die aperturbegrenzenden Blenden von Sender- und Empfängerobjektiv sollen sich dabei nicht überdecken, sie sollen als Teilpupillen der Pupille das zu fokussierenden Objektives ausgebildet sein. Das schließt den Spezialfall der Halbpupillen mit ein.The receiver aperture is identical in size to the image of the illuminated or self-illuminating diaphragm. It is also essential that the aperture-limiting apertures of the transmitter objective, the receiver objective and the objective to be focused lie in the same or conjugate plane. The aperture-limiting apertures of transmitter and receiver objective should not overlap, they should be designed as a partial pupil of the pupil to be focused objective. This includes the special case of half-pupils.

embodiment

Die Erfindung soll anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt die Anordnung schematisch.The invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Fig. 1 shows the arrangement schematically.

Die beleuchtete oder selbstieuchtende Blende 1 wird über das Senderobjektiv 2, ein Element zur Intensitätsregelung 3, einen Pupillenteiler 4, einen Strahlteiler 5 und das Objektiv zur Fokussierung 6 auf die Objektebene 7 abgebildet.The illuminated or self-illuminating diaphragm 1 is imaged on the object plane 7 via the transmitter lens 2, an intensity control element 3, a pupil divider 4, a beam splitter 5 and the objective for focusing 6.

Das hierzu verwendete Licht kann zur Unterdrückung von Falschlichtanteilen moduliert sein. Der Pupillenteiler 4 dient zur Ausschaltung von Falschlichtanteilen, die infolge Reflexion an den Grenzflächen der nachgeordneten optischen Bauelemente entstehen.The light used for this purpose can be modulated for the suppression of false light components. The pupil divider 4 serves to eliminate false-light components which arise as a result of reflection at the interfaces of the downstream optical components.

Im fokussierten Zustand wird die auf die Objektivebene 7 abgebildete Blende 1 über das Objektiv zur Fokussierung 6, den Strahlteiler 5 und den Pupillenteiler 4 durch das Empfängerobjektiv 8 scharf auf die Empfängerblende 9 abgebildet. Die Empfängerblende 9 muß in Form und Abmessungen mit dem Bild der auf die Empfängerblende abgebildeten Blende 1 identischIn the focused state, the aperture 1 imaged on the objective plane 7 is imaged sharply on the receiver aperture 9 by the objective for focusing 6, the beam splitter 5 and the pupil divider 4 through the receiver objective 8. The receiver diaphragm 9 must be identical in shape and dimensions to the image of the diaphragm 1 imaged on the receiver diaphragm

Ist die Objektivebene 7 defokussiert, so wird die auf die Objektebene 7 abgebildete Blende 1 unscharf auf die Empfängerblende 9 abgebildet. Die Empfängerblende 9 kann auch durch eine Komplementärblende gleicher Form und Größe ersetzt werden.If the objective plane 7 is defocused, the aperture 1 shown on the object plane 7 is imaged in a blurred manner on the receiver aperture 9. The receiver diaphragm 9 can also be replaced by a complementary diaphragm of the same shape and size.

Zur Intensitätsmessung, die vorzugsweise in der Pupille erfolgen soll, wird die Pupille durch das Objektiv zur Pupillenabbildung 10 auf den lichtempfindlichen Empfänger 11 abgebildet. Im fokussierten Zustand wird ein Maximum an Energie gemessen, bei Einsatz der Komplementärblende ist die Energie ein Minimum.To measure the intensity, which is preferably to take place in the pupil, the pupil is imaged by the objective to the pupil image 10 on the photosensitive receiver 11. In the focused state, a maximum of energy is measured, when using the complementary diaphragm, the energy is a minimum.

Claims

- 1 - ifVO UOU

Invention claims:

1. Active optoelectronic arrangement for automatic focusing / bei.der radiation focused on a surface and the focusing state is opto-electronically evaluated, characterized in that the arrangement of an illuminated or self-illuminating diaphragm (1), a transmitter lens [I), an element for intensity control (3), a beam splitter (5), a focusing objective (6) on an object plane (7) and a pupil splitter (4), a receiver objective (8), a receiver diaphragm (9), a pupil imaging objective (10 ) and a photosensitive receiver (11), the image of the diaphragm (1) is imaged on a same or complementary diaphragm (9) and the intensity in the pupil is measured as maximum or minimum.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the surface in the object plane (7) is a polished or not polished, diffuse surface, structured or not structured, flat or curved and discretely tilted, that the radiation used for focusing is modulated and clocked in time or via the beam splitter (5) is coupled.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the aperture-limiting aperture of the transmitter objective (2), the objective for focusing (6) and the receiver objective (8) lie in the same or conjugate plane that the apertures of transmitter lens (2) and receiver lens (8) do not mask that these apertures are partial pupils of the pupil of the objective for focusing (6).