DE102018002494A1

DE102018002494A1 - Linseneinrichtung mit variabler brennweite und verfahren zum steuern einer linse mit variabler brennweite

Info

Publication number: DE102018002494A1
Application number: DE102018002494.7A
Authority: DE
Inventors: Shiro Igasaki; Nobuo OHBA; Yuki KURAHASHI
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2018-10-31
Also published as: CN108802869A; US10908398B2; CN108802869B; US20180314041A1; JP2018189700A; JP6845737B2

Abstract

Eine Linseneinrichtung mit variabler Brennweite umfasst: ein Linsensystem, dessen Brechzahl bzw. Brechungsindex sich in Abhängigkeit eines zugeführten Steuersignals ändert; und eine Resonanzfixierungssteuerung welche das Steuersignal auf einer Resonanzfrequenz des Linsensystems fixiert. Die Resonanzfixierungssteuerung stellt eine Frequenz des Steuersignals auf eine Spitzenposition einer Spannungs-Strom-Phasendifferenz zwischen einer Spannung des Steuersignals und einem Ansteuerstrom des Linsensystems ein und hebt oder senkt die Frequenz des Steuersignals in Abhängigkeit des Ansteuerstroms, wenn sich die Spannungs-Strom-Phasendifferenz ändert.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Diese Erfindung betrifft eine Linseneinrichtung mit variabler Brennweite und ein Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Linse mit variabler Brennweite.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Es wurde eine Linseneinrichtung mit variabler Brennweite entwickelt, welche beispielsweise ein Flüssiglinsensystem (nachfolgend einfach als „Linsensystem“ bezeichnet) verwendet, das auf einem in Patentliteratur 1 (Vorveröffentlichte US-Patentveröffentlichung Nr. 2010/0177376) beschriebenen Prinzip basiert.
Das Linsensystem enthält ein zylindrisches schwingendes Element, welches aus einem piezoelektrischen Material hergestellt ist, das in eine transparente Flüssigkeit getaucht ist. Wenn eine Wechselspannung (AC) an eine Innenumfangsfläche und an eine Außenumfangsfläche des schwingenden Elements des Linsensystems angelegt wird, dehnt sich das schwingende Element in seiner Dickenrichtung aus und zieht sich in der Dickenrichtung zusammen, um die Flüssigkeit in dem schwingenden Element in Schwingung zu versetzen. Wenn die Frequenz der angelegten Wechselspannung auf eine Eigenfrequenz der Flüssigkeit eingestellt wird, wird dann in dem Fluid eine stationäre Welle erzeugt, um konzentrische Bereiche mit unterschiedlichen Brechzahlen um eine Mittelachsenlinie des schwingenden Elements herum zu bilden. Wenn Licht entlang der Mittelachsenlinie des schwingenden Elements in das schwingende Element des Linsensystems eingeführt wird, folgt daher das Licht in Abhängigkeit der Brechzahl der jeweiligen konzentrischen Bereiche einem divergierenden oder einem konvergierenden Weg.
Die Linseneinrichtung mit variabler Brennweite enthält das oben beschriebene Linsensystem und eine Fokussierungsobjektivlinse (z.B. eine klassische konvexe Linse oder Linsengruppe), welche auf einer gemeinsamen optischen Achse angeordnet sind.
Wenn paralleles Licht in eine klassische Objektivlinse eintritt, wird das Licht, welches durch die Linse getreten ist, an einer Fokusposition fokussiert, welche bei einer vorgegebenen Brennweite von der Linse aus liegt. Wenn dagegen paralleles Licht in das mit der Objektivlinse koaxial angeordnete Linsensystem trifft, wird das Licht durch das Linsensystem divergiert oder konvergiert, sodass das durch die Objektivlinse getretene Licht an einer Position fokussiert wird, welche näher oder weiter entfernt als die eigentliche Fokusposition (d.h. die Fokusposition ohne das Linsensystem) ist.
Folglich wird eine Amplitude eines Steuersignals (eine Wechselspannung einer Frequenz, welche in der Flüssigkeit in dem Linsensystem eine stationäre Welle erzeugt), das dem Linsensystem zugeführt wird, erhöht oder abgesenkt, wodurch die Fokusposition der Linseneinrichtung mit variabler Brennweite innerhalb eines vorgegebenen Bereichs (d.h. eines Bereichs mit vorgegebener Variationsbreite, welche unter Verwendung des Linsensystems zu der Brennweite der Objektivlinse hinzugefügt oder von dieser abgezogen werden kann) nach Bedarf gesteuert oder geregelt wird.
Ein sinusförmiges Wechselspannungssignal wird beispielhaft als Steuersignal bzw. Ansteuersignal verwendet, welches dem Linsensystem der Linseneinrichtung mit variabler Brennweite zugeführt wird. Wenn ein derartiges sinusförmiges Steuersignal zugeführt wird, ändert sich die Brennweite (die Fokusposition) der Linseneinrichtung mit variabler Brennweite sinusförmig. Wenn der Spannungswert des Steuersignals 0 ist, wird in diesem Fall das Licht, welches das Linsensystem durchquert, nicht gebrochen, und die Brennweite der Linseneinrichtung mit variabler Brennweite wird gleich der Brennweite der Objektivlinse. Wenn die Spannung des Steuersignals auf einem positiven oder einem negativen Spitzenwert ist, wird das Licht, welches das Linsensystem durchquert, maximal gebrochen, und die Brennweite der Linseneinrichtung mit variabler Brennweite weicht am weitesten von der Brennweite der Objektivlinse ab.
Um unter Verwendung der Linseneinrichtung mit variabler Brennweite ein Bild zu erhalten, wird synchronisiert mit einer Phase der Sinuswelle des Steuersignals ein Beleuchtungssignal ausgegeben, um eine Impulsbeleuchtung durchführen. Eine derartige Impulsbeleuchtung eines Objekts bei einer gewählten Brennweite aus den sich sinusförmig ändernden Brennweiten erlaubt das Erfassen des Bilds des Objekts bei der Brennweite. Wenn die Impulsbeleuchtung bei einer Vielzahl von Phasen in einer Periode ausgeführt wird, und wenn das Bild mit einer Zeitsteuerung entsprechend jeder der Phasen erfasst wird, können Bilder bei einer Vielzahl von Brennweiten in der Periode erhalten werden.
Bei der Linseneinrichtung mit variabler Brennweite ändert sich eine Temperatur der Flüssigkeit in dem oben beschriebenen Linsensystem, und eine Temperatur des schwingenden Elements ändert sich dadurch, dass sie von der Umgebungstemperatur und/oder von Wärme, welche als Resultat des Betriebs des Linsensystems erzeugt wird, beeinflusst wird. Auch eine Eigenfrequenz ändert sich aufgrund der Temperaturänderung, was zu einer Änderung einer Frequenz (Resonanzfrequenz) des Wechselspannungssignals führt, welches die stationäre Welle erzeugt. Wenn das dem Linsensystem zugeführte Steuersignal das gleiche wie das Steuersignal vor der Temperaturänderung bleibt, weicht das Steuersignal von einem Spitzenwert der Resonanzfrequenz ab, wodurch die stationäre Welle nicht effizient gebildet wird.
Daher wurde ein Resonanzfixiersystem verwendet, welches es ermöglicht, dass das Steuersignal automatisch auf der geänderten Resonanzfrequenz fixiert wird. Beispielsweise wird angenommen, dass ein Steuersignal einer vorgegebenen Frequenz, bei der ein Intensitätspegel der stationären Welle maximiert ist, dem Linsensystem zugeführt wird. Wenn der Pegel der stationären Welle zurückgegangen ist, wird festgestellt, dass die Frequenz des Steuersignals von dem Spitzenwert der Resonanz, die in der Lage ist, die stationäre Welle in dem Linsensystem zu bilden, abgewichen ist, und die Frequenz des Steuersignals wird durch Erhöhen oder Absenken der Frequenz des Steuersignals auf eine neue Spitzenposition eingestellt. Wenn die Frequenz des Steuersignals die neue Spitzenposition erreicht, kann der Pegel der stationären Welle wieder auf die maximale Intensität gebracht werden. Ein derartiges Fixieren auf der Spitzenposition wird kontinuierlich ausgeführt, um das automatische Fixieren (Resonanzfixierung) auf der Resonanzfrequenz zu erreichen, bei der die stationäre Welle erzeugt wird.
Um bei der oben beschriebenen Linseneinrichtung mit variabler Brennweite die automatische Fixierung (Resonanzfixierungssteuerung) des Steuersignals auf die Resonanzfrequenz durchzuführen, wurde Bezug auf eine dem Linsensystem zugeführte Wirkleistung genommen, um den Intensitätspegel der stationären Welle in dem Linsensystem zu erfassen.
Wenn die Änderung der Resonanzfrequenz basierend auf der Wirkleistung erfasst wird, wird Bezug auf einen einem Antriebsteil des Linsensystems (d.h. das schwingende Element, welches aus einem piezoelektrischen Material besteht) zugeführten Ansteuerstrom genommen, um eine Richtung zu ermitteln, in der die Spitzenposition der Wirkleistung fixiert ist (d.h. ob die Spitzenposition auf der Niederfrequenzseite oder der Hochfrequenzseite fixiert ist).
Der Ansteuerstrom des Linsensystems hat einen positiven Spitzenwert (d.h. einen Spitzenwert, welcher als Ergebnis serieller Resonanz eines äquivalenten Stromkreises hervorgerufen wird) und einen negativen Spitzenwert (d.h. einen Spitzenwert, welcher als Ergebnis paralleler Resonanz des äquivalenten Stromkreises hervorgerufen wird), je nach den Eigenschaften des piezoelektrischen Materials zum Ansteuern des Linsensystems. Der negative Spitzenwert tritt bei einer höheren Frequenz auf als der positive Spitzenwert (siehe 22). Der Spitzenwert der oben beschriebenen Wirkleistung liegt in einem Bereich zwischen dem positiven Spitzenwert des Ansteuerstroms und einem mittleren Wert des positiven Spitzenwerts und des negativen Spitzenwerts. Mit anderen Worten: Der Ansteuerstrom zeigt ein negativ geneigtes Muster in der Nähe der Spitzenposition der Wirkleistung.
Wenn die Spitzenposition der Wirkleistung, welche der Resonanzfrequenz des Linsensystems entspricht, verschoben wird, kann folglich die Richtung erfasst werden, in die die Spitzenposition verschoben ist, indem die Zunahme/Abnahme des Ansteuerstroms in der Nähe der Resonanzfrequenz ermittelt wird.
20 zeigt einen speziellen Prozess für die Resonanzfixierungssteuerung bei einer klassischen Linseneinrichtung mit variabler Brennweite.
Der Spitzenwert der Wirkleistung Rp wird durch die Linseneinrichtung mit variabler Brennweite als eine Ausgangseinstellung zu Beginn der Resonanzfixierung erfasst (Schritt S01 in 20). Wie in 21 dargestellt, wird das Steuersignal dem Linsensystem zugeführt, während die Frequenz des Steuersignals allmählich von einer vorgegebenen Untergrenze fmin auf eine vorgegebene Obergrenze fmax angehoben wird, und die von dem Linsensystem verbrauchte Wirkleistung Rp bei jeder der Frequenzen wird bei der Spitzenwerterfassung registriert.
Danach wird eine Frequenz fpp, bei der die Wirkleistung Rp zu einem Spitzenwert pp wird, ausgehend von den gewonnenen Erfassungsergebnissen erfasst, und die Frequenz des Steuersignals wird auf die Frequenz fpp eingestellt (Schritt S02).
Nach der Ausgangseinstellung sendet die Linseneinrichtung mit variabler Brennweite das Steuersignal mit der zuvor eingestellten Frequenz fpp an das Linsensystem, um eine stationäre Welle in dem Linsensystem zu erzeugen (einen Betriebsmodus). Während des Betriebsmodus erhält die Linseneinrichtung mit variabler Brennweite die Wirkleistung Rp und einen Ansteuerstrom Ri mit einer vorgegebenen Periode (Schritt S03 in 20), um einen Abfall der Wirkleistung Rp zu überwachen (Schritt S04).
Wenn kein Abfall der Wirkleistung Rp verzeichnet wird, wird festgestellt, dass die Resonanzfrequenz fpp unverändert ist, und die Überwachung in den Schritten S03 und S04 wird fortgesetzt. Wenn dagegen der Abfall der Wirkleistung Rp erfasst wird, wird festgestellt, dass die Resonanzfrequenz fpp verändert ist, und es wird ermittelt, ob der Ansteuerstrom Ri verringert ist (Schritt S05). Wenn der Ansteuerstrom Ri verringert ist, wird die Resonanzfrequenz fpp gesenkt (Schritt S06). Wenn der Ansteuerstrom Ri erhöht ist, wird die Resonanzfrequenz erhöht (Schritt S07).
Wie in 22 dargestellt, wird angenommen, dass die Resonanzfrequenz des Linsensystems von der Frequenz fpp (durchgezogene Linie) aufgrund einer Temperaturerhöhung und dergleichen auf eine Frequenz fpu (gestrichelte Linie) ansteigt.
Wenn die Frequenz des Steuersignals auf der ursprünglichen Frequenz fpp bleibt, sinkt die in dem Linsensystem verbrauchte Wirkleistung, deren Resonanzfrequenz sich auf die Frequenz fpd (gestrichelte Linie) geändert hat, von pp (Spitzenwert) auf pu. Wie oben beschrieben, kann die Änderung der Spitzenfrequenz, welche als Abnahme der Wirkleistung auftritt, in Schritt S05 erfasst werden.
Wenn die Frequenz des Steuersignals ungeachtet des Anstiegs der Resonanzfrequenz des Linsensystems (von fpp auf fpu) auf der ursprünglichen Frequenz bleibt, steigt der Ansteuerstrom Ri (gestrichelte Linie) des Linsensystems, dessen Resonanzfrequenz sich auf fpu geändert hat, von ipp auf ipu. Folglich wird in Schritt S05 festgestellt, dass der Ansteuerstrom Ri angestiegen ist, und die Resonanzfrequenz des Steuersignals wird in Schritt S07 von fpp auf fpu angehoben.
Wenn dagegen die Resonanzfrequenz des Linsensystems niedriger geworden ist, wird die Spitzenposition der Wirkleistung Rp in eine Richtung entgegengesetzt der Verschiebungsrichtung der gestrichelten Linie in 22 verschoben. Wenn die Frequenz des Steuersignals, im Gegensatz zu 22, auf der ursprünglichen Frequenz bleibt, sinkt der Ansteuerstrom Ri in dem Linsensystem, dessen Resonanzfrequenz sich geändert hat. Folglich wird in Schritt S05 festgestellt, dass der Ansteuerstrom in Schritt S05 abgenommen hat, und die Resonanzfrequenz des Steuersignals wird in Schritt S06 gesenkt.
Wie oben beschrieben, wird die Frequenz des Steuersignals angehoben, wenn die Resonanzfrequenz des Linsensystems angehoben ist, und die Frequenz des Steuersignals wird gesenkt, wenn die Resonanzfrequenz des Linsensystems gesenkt ist. Folglich ist das Steuersignal auf die Resonanzfrequenz des Linsensystems fixiert.
Die oben beschriebene Resonanzfixierungssteuerung für die Linseneinrichtung mit variabler Brennweite basiert auf der negativ geneigten Kennlinie des Ansteuerstroms Ri in der Nähe der Spitzenposition der Wirkleistung Rp des Linsensystems.
Bei einigen der Linsensysteme jedoch nähert sich die Frequenz der Wirkleistung Rp bei der Spitzenposition aufgrund von Eigenschaften der piezoelektrischen Elemente zum Ansteuern der Linsensysteme der Frequenz des Ansteuerstroms Ri bei der positiven Spitzenposition.
Es wird angenommen, dass, wie in 23 gezeigt, die Frequenz fpp der Wirkleistung Rp bei der Spitzenposition nahe der Frequenz des Ansteuerstroms Ri bei der Spitzenposition ist. Wenn die Frequenz bei der Spitzenposition der Wirkleistung Rp auf die Frequenz fpu ansteigt, nimmt der Ansteuerstrom Ri ab (von ipp auf ipu). Wenn jedoch die Frequenz bei der Spitzenposition der Wirkleistung Rp auf die Frequenz fpd abfällt, nimmt auch der Ansteuerstrom Ri ab (von ipp auf ipd).
Mit anderen Worten: Der Wert des Ansteuerstroms Ri nimmt ungeachtet des Ansteigens oder des Falles der Frequenz bei der Spitzenposition der Wirkleistung Rp ab, was möglicherweise in einem Versagen der Resonanzfixierungssteuerung durch Fixieren auf der Spitzenposition resultiert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Linseneinrichtung mit variabler Brennweite und ein Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Linse mit variabler Brennweite anzugeben, die in der Lage sind, eine Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung stabil auszuführen.
Eine Linseneinrichtung mit variabler Brennweite nach einem Aspekt der Erfindung enthält: ein Linsensystem, dessen Brechzahl bzw. Brechungsindex sich in Abhängigkeit eines zugeführten Steuersignals bzw. Ansteuersignals ändert; und eine Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung, welche dafür konfiguriert ist, das Steuersignal auf einer Resonanzfrequenz des Linsensystems zu fixieren, wobei die Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung dafür konfiguriert ist, eine Frequenz des Steuersignals auf eine Spitzenposition einer Spannungs-Strom-Phasendifferenz zwischen einer Spannung des Steuersignals und einem Ansteuerstrom des Linsensystems einzustellen und die Frequenz des Steuersignals ausgehend von dem Ansteuerstrom anzuheben oder zu senken, wenn die Spannungs-Strom-Phasendifferenz verändert ist.
Ein Verfahren nach einem anderen Aspekt der Erfindung dient zum Steuern oder Regeln eines Linsensystems mit variabler Brennweite, umfassend: ein Linsensystem, dessen Brechzahl bzw. Brechungsindex sich in Abhängigkeit eines zugeführten Steuersignals ändert; und eine Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung, welche dafür konfiguriert ist, das Steuersignal auf einer Resonanzfrequenz des Linsensystems zu fixieren, wobei das Verfahren umfasst: Einstellen einer Frequenz des Steuersignals auf eine Spitzenposition einer Spannungs-Strom-Phasendifferenz zwischen einer Spannung des Steuersignals und einem Ansteuerstrom des Linsensystemsund ; Anheben oder Absenken der Frequenz des Steuersignals in Abhängigkeit des Ansteuerstroms, wenn sich die Spannungs-Strom-Phasendifferenz ändert.
Gemäß den obigen Aspekten der Erfindung wird die Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung des Steuersignals ausgehend von der Spannungs-Strom-Phasendifferenz zwischen dem Ansteuerstrom, welcher in dem Linsensystem fließt, und der Spannung des Steuersignals, welche das Fließen des Stroms bewirkt, ausgeführt. Die Spitzenposition der Spannungs-Strom-Phasendifferenz tritt bei einer Frequenz auf, welche höher als eine Spitzenposition der Wirkleistung während eines Betriebs des Linsensystems ist. Mit anderen Worten: Die Spitzenposition der Spannungs-Strom-Phasendifferenz kann auf eine Position mit einer höheren Frequenz in einem negativ geneigten Bereich eingestellt werden, welcher von einer positiven Spitzenposition zu einer negativen Spitzenposition des Ansteuerstroms reicht. Selbst wenn die Frequenz bei der Spitzenposition der Spannungs-Strom-Phasendifferenz aufgrund einer Änderung der Resonanzfrequenz des Linsensystems zu einer Niederfrequenzseite geändert wird, ist es weniger wahrscheinlich, dass die Frequenz näher zu der positiven Spitzenposition des Ansteuerstroms kommt. Als Ergebnis ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Fehler beim Ermitteln der Richtung der Änderung des Ansteuerstroms und ein daraus resultierender Fehler bei der Resonanzfixierungssteuerung durch Fixieren auf der Spitzenposition auftreten, sodass die Resonanzfixierungssteuerung der Linsenvorrichtung mit variabler Brennweite stabil durchgeführt werden kann.
Eine Linseneinrichtung mit variabler Brennwiete gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält: ein Linsensystem, dessen Brechzahl bzw. Brechungsindex sich in Abhängigkeit eines zugeführten Steuersignals ändert; und eine Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung, welche dafür konfiguriert ist, das Steuersignal auf eine Resonanzfrequenz des Linsensystems zu fixieren, wobei die Resonanzfixierungssteuerung dafür konfiguriert ist, eine Ziel- Wirkleistung festzulegen, welche niedriger als ein Spitzenwert einer Wirkleistung des Linsensystems ist, eine Frequenz des Steuersignals auf eine Frequenz einzustellen, bei der die Ziel-Wirkleistung bereitgestellt ist, und die Frequenz des Steuersignals in Abhängigkeit einer Zunahme oder Abnahme der Wirkleistung anzuheben oder zu senken, wenn die Wirkleistung verändert ist.
Ein Verfahren nach einem weiteren Aspekt der Erfindung dient zum Steuern oder Regeln einer Linseneinrichtung mit variabler Brennweite, umfassend: ein Linsensystem, dessen Brechzahl bzw. Brechungsindex sich in Abhängigkeit eines zugeführten Steuersignals ändert; und eine Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung, welche dafür konfiguriert ist, das Steuersignal auf eine Resonanzfrequenz des Linsensystems zu fixieren, wobei das Verfahren enthält: Festlegen einer Ziel-Wirkleistung, welche niedriger als ein Spitzenwert einer Wirkleistung des Linsensystems ist, Einstellen einer Frequenz des Steuersignals auf eine Frequenz, bei der die Ziel-Wirkleistung bereitgestellt ist, und Anheben oder Senken der Frequenz des Steuersignals in Abhängigkeit einer Zunahme oder Abnahme der Wirkleistung, wenn die Wirkleistung verändert ist.
Gemäß den obigen Aspekten der Erfindung wird die Resonanzfixierungssteuerung des Steuersignals basierend allein auf der Wirkleistung des Linsensystems durchgeführt. Demgemäß wird die Ziel-Wirkleistung auf einen Wert niedriger als der Spitzenwert der Wirkleistung des Linsensystems festgelegt. Der Wert der Wirkleistung nimmt von dem Spitzenwert entlang einer positiven oder negativen Neigung in der Nähe des Wertes der Ziel-Wirkleistung kontinuierlich ab. Folglich kann die Richtung zum Ändern der Frequenz des Steuersignals bestimmt werden, in dem auf den Wert der Wirkleistung in der Nähe der Ziel-Wirkleistung bei einer Änderung der Resonanzfrequenz des Linsensystems gegenüber der Frequenz des Steuersignals Bezug genommen wird, bei der die Ziel-Wirkleistung bereitgestellt ist. Das Linsensystem kann stabil auf der Resonanzfrequenz betrieben werden, indem die Frequenz des Steuersignals ausgehend von der bestimmten Richtung angehoben/gesenkt wird.
Eine Linseneinrichtung mit variabler Brennweite nach einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält: ein Linsensystem, dessen Brechzahl bzw. Brechungsindex sich in Abhängigkeit eines zugeführten Steuersignals ändert; und eine Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung, welche dafür konfiguriert ist, das Steuersignal auf eine Resonanzfrequenz des Linsensystems zu fixieren, wobei die Resonanzfixierungssteuerung dafür konfiguriert ist, eine Ziel-Spannungs-Strom-Phasendifferenz festzulegen, welche niedriger als ein Spitzenwert einer Spannungs-Strom-Phasendifferenz zwischen einer Spannung des Steuersignals und einem Ansteuerstrom des Linsensystems ist, eine Frequenz des eine Frequenz des Steuersignals auf eine Frequenz einzustellen, bei der die Ziel-Spannungs-Strom-Phasendifferenz bereitgestellt ist, und die Frequenz des Steuersignals in Abhängigkeit einer Zunahme oder Abnahme der Spannungs-Strom-Phasendifferenz anzuheben oder zu senken, wenn die Spannungs-Strom-Phasendifferenz verändert ist.
Ein Verfahren nach einem weiteren Aspekt der Erfindung dient zum Steuern oder Regeln einer Linseneinrichtung mit variabler Brennweite, umfassend: ein Linsensystem, dessen Brechzahl bzw. Brechungsindex sich in Abhängigkeit eines zugeführten Steuersignals ändert; und eine Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung, welche dafür konfiguriert ist, das Steuersignal auf eine Resonanzfrequenz des Linsensystems zu fixieren, wobei das Verfahren enthält: Festlegen einer Ziel- Spannungs-Strom-Phasendifferenz, welche niedriger als ein Spitzenwert einer Spannungs-Strom-Phasendifferenz des Linsensystems ist, Einstellen einer Frequenz des Steuersignals auf eine Frequenz, bei der die Ziel- Spannungs-Strom-Phasendifferenz bereitgestellt ist, und Anheben oder Senken der Frequenz des Steuersignals in Abhängigkeit einer Zunahme oder Abnahme der Spannungs-Strom-Phasendifferenz, wenn die Spannungs-Strom-Phasendifferenz verändert ist.
Gemäß den obigen Aspekten der Erfindung wird die Resonanzfixierungssteuerung des Steuersignals basierend allein auf der Spannungs-Strom-Phasendifferenz zwischen der Spannung des Steuersignals und dem Ansteuerstrom des Linsensystems ausgeführt. Für den obigen Zweck wird die Ziel- Spannungs-Strom-Phasendifferenz auf einen Wert festgelegt, welcher niedriger als der Spitzenwert einer Ziel-Spannungs-Strom-Phasendifferenz ist. Der Wert der Spannungs-Strom-Phasendifferenz nimmt von dem Spitzenwert entlang einer positiven oder negativen Neigung in der Nähe des Wertes der Ziel- Spannungs-Strom-Phasendifferenz kontinuierlich ab. Folglich kann die Richtung zum Ändern der Frequenz des Steuersignals bestimmt werden, indem auf den Wert der Spannungs-Strom-Phasendifferenz in der Nähe der Ziel- Spannungs-Strom-Phasendifferenz bei einer Änderung der Resonanzfrequenz des Linsensystems gegenüber der Frequenz des Steuersignals Bezug genommen wird, bei der die Ziel- Spannungs-Strom-Phasendifferenz bereitgestellt ist. Das Linsensystem kann stabil auf der Resonanzfrequenz betrieben werden, indem die Frequenz des Steuersignals ausgehend von der bestimmten Richtung angehoben/gesenkt wird.
Gemäß den obigen Aspekten der Erfindung können eine Linseneinrichtung mit variabler Brennweite und ein Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Linse mit variabler Brennweite bereitgestellt werden, welche in der Lage sind, die Resonanzfixierungssteuerung stabil durchzuführen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung, welche eine erste beispielhafte Ausführungsform der Erfindung darstellt.
2 ist eine schematische Darstellung, welche eine Anordnung eines Linsensystems nach der ersten beispielshaften Ausführungsform darstellt.
3 ist eine schematische Darstellung, welche einen Schwingungszustand des Linsensystems nach der ersten Ausführungsform darstellt.
4 ist eine schematische Darstellung, welche eine Brennweite des Linsensystems nach der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt.
5 ist ein Blockschaltbild, welches einen relevanten Teil der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt.
6 ist ein Graph, welcher eine Änderung der Resonanzfrequenz bei der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Graph, welcher eine Skizze einer Resonanzfixierung bei der ersten Ausführungsform darstellt.
8 ist ein Flussdiagramm, welches Abläufe der Resonanzfixierung bei der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
9 zeigt Graphen, welche einen Vorgang bei der Resonanzfixierung bei der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigen.
10 zeigt Graphen, welche eine Wirkung der Resonanzfixierung bei der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigen.
11 ist ein Flussdiagramm, welches Abläufe der Resonanzfixierung bei einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
12 ist ein Graph, welcher eine Festlegung der Resonanzfixierung bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
13 ist ein Graph, welcher einen Vorgang bei der Resonanzfixierung bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
14 ist ein Flussdiagramm, welches Abläufe der Resonanzfixierung bei einer dritten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
15 ist ein Graph, welcher eine Festlegung der Resonanzfixierung bei der dritten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
16 ist ein Graph, welcher einen Vorgang bei der Resonanzfixierung bei der dritten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
17 ist ein Flussdiagramm, welches Abläufe einer Resonanzfixierung bei einer vierten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
18 ist ein Graph, welcher eine Festlegung der Resonanzfixierung bei der vierten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
19 ist ein Graph, welcher einen Vorgang bei der Resonanzfixierung bei der vierten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
20 ist ein Flussdiagramm, welches Abläufe einer klassischen Resonanzfixierung zeigt.
21 zeigt Graphen, welche eine Skizze eines Vorgangs bei der klassischen Resonanzfixierung zeigen.
22 zeigt Graphen, welche eine Wirkung der klassischen Resonanzfixierung zeigen.
23 zeigt Graphen, welche einen Nachteil der klassischen Resonanzfixierung zeigen.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
Erste beispielhafte Ausführungsform
Wie in 1 gezeigt, enthält zum Erfassen eines Bildes einer Oberfläche eines Zielobjekts 9 unter Änderung einer Brennweite eine Linseneinrichtung 1 mit variabler Brennweite: eine Objektivlinse 2, ein Linsensystem 3 und eine Bilderfassungsvorrichtung 4, wobei die Objektivlinse 2, das Linsensystem 3 und die Bilderfassungsvorrichtung 4 auf einer gemeinsamen optischen Achse A angeordnet sind, welche die Oberfläche des Zielobjekts 9 schneidet.
Die Linseneinrichtung 1 mit variabler Brennweite enthält ferner: eine Impulslichtbeleuchtungsvorrichtung 5, welche dafür konfiguriert ist, Impulsbeleuchtung auf die Oberfläche des Zielobjekts 9 zu senden, eine Linsensteuerung 6, welche dafür konfiguriert ist, Steuer- oder Regeloperationen des Linsensystems 3 und der Impulslichtbeleuchtungsvorrichtung 5 zu steuern oder zu regeln, und einen Steuerungsrechner 7, welcher dafür konfiguriert ist, die Linsensteuerung 6 anzusteuern.
Als Steuerungsrechner 7 wird ein bekannter PC verwendet. Die gewünschte Funktion des Steuerungsrechners 7 wird erreicht, indem man ein vorgegebenes Steuerprogramm auf dem Steuerungsrechner 7 laufen lässt. Der Steuerungsrechner 7 ist auch dafür konfiguriert, ein Bild von der Bilderfassungsvorrichtung 4 zu erfassen und zu verarbeiten.
Als Objektivlinse 2 wird eine bekannte konvexe Linse verwendet.
Die Bilderfassungsvorrichtung 4 enthält einen bekannten CCD-Bildsensor, eine andere Art von Kamera oder dergleichen und ist dafür konfiguriert, ein Bild Lg zu empfangen und das Bild Lg in Form eines erfassten Bildes Im eines vorgegebenen Formats an den Steuerungsrechner 7 auszugeben.
Die Impulslichtbeleuchtungsvorrichtung 5 enthält ein Licht emittierendes Element, wie beispielsweise eine Licht emittierende Diode (LED). Die Impulslichtbeleuchtungsvorrichtung 5 ist dafür konfiguriert, ein Beleuchtungslicht Li nur über eine vorgegebene Zeitdauer zu emittieren, um die Impulsbeleuchtung auf die Oberfläche des Zielobjekts 9 zu senden, wenn ein Beleuchtungssignal Ci von der Linsensteuerung 6 zugeführt wird. Das Beleuchtungslicht Li wird an der Oberfläche des Zielobjekts 9 reflektiert. Ein reflektiertes Licht Lr von der Oberfläche des Zielobjekts 9 bildet das Bild Lg durch die Objektivlinse 2 und das Linsensystem 3.
Das Linsensystem 3 ist dafür konfiguriert, seine Brechzahl in Abhängigkeit eines von der Linsensteuerung 6 zugeführten Steuersignals Cf zu ändern. Das Steuersignal Cf ist ein sinusförmiges Wechselspannungssignal einer Frequenz, die in der Lage ist, in dem Linsensystem 3 eine stationäre Welle zu erzeugen.
Eine Brennweite Df zu einer Fokusposition Pf der Linseneinrichtung 1 mit variabler Brennweite kann je nach Bedarf basierend auf einer Brennweite der Objektivlinse 2 durch Ändern der Brechzahl des Linsensystems 3 geändert werden.
Wie in 2 gezeigt, enthält das Linsensystem 3 ein zylindrisches Gehäuse 31 und ein zylindrisches schwingendes Element 32, welches in dem Gehäuse 31 angeordnet ist. Das schwingende Element 32 enthält eine Außenumfangsfläche 33 und ist durch einen elastomeren Abstandhalter 39 gehalten, welcher zwischen der Außenumfangsfläche 33 und einer Innenumfangsfläche des Gehäuses 31 angeordnet ist.
Das schwingende Element 32 ist eine zylindrische Komponente, welche aus einem piezoelektrischen Material besteht. Das schwingende Element 32 ist dafür konfiguriert, in seiner Dickenrichtung zu schwingen, wenn die Wechselspannung des Steuersignals Cf zwischen der Außenumfangsfläche 33 und einer Innenumfangsfläche 34 des schwingenden Element 32 angelegt ist.
Eine hochdurchlässige Flüssigkeit 35 ist in das Gehäuse 31 gefüllt. Das schwingende Element 32 ist vollständig in die Flüssigkeit 35 getaucht, und ein Inneres des zylindrischen schwingenden Elements 32 ist mit der Flüssigkeit 35 gefüllt. Die Frequenz des Wechselspannungssignals Cf wird auf eine Frequenz eingestellt, die in der Lage ist, eine stationäre Welle in der Flüssigkeit 35 in dem schwingenden Element 32 zu erzeugen.
Wenn das schwingende Element 32 in Schwingung versetzt wird, wird, wie in 3 gezeigt, eine stationäre Welle in der Flüssigkeit 35 in dem Linsensystem 3 erzeugt, um konzentrische Regionen mit wechselnden Brechzahlen zu erzeugen (siehe 3(A) und 3(B)).
Dabei ist eine Beziehung zwischen einem Abstand (Radius) von einer zentralen Achse des Linsensystems 3 und der Brechzahl der Flüssigkeit 35 durch eine in 3(C) gezeigte Brechzahlverteilung W repräsentiert.
Da das Steuersignal Cf ein sinusförmiges Wechselspannungssignal ist, ändert sich auch eine Schwankungsbreite der Brechzahlverteilung W der Flüssigkeit 35 in dem Linsensystem 3 in Abhängigkeit des Steuersignals Cf, wie in 4 gezeigt. Die Brechzahl der in der Flüssigkeit 35 ausgebildeten konzentrischen Bereiche ändert sich sinusförmig, um eine sinusförmige Schwankung der Brennweite Df zu der Fokusposition Pf hervorzurufen.
Eine Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert bei der Brechzahlverteilung W ist in dem in 4(A) gezeigten Zustand maximiert, in dem das Linsensystem 3 das durch es hindurch verlaufende Licht konvergiert, die Fokusposition Pf ist nahe dem Linsensystem 3 gelegen, und die Brennweite Df ist am kürzesten.
Die Brechzahlverteilung W ist in dem in 4(B) gezeigten Zustand, in dem das Linsensystem 3 das Licht ohne Brechung durchlässt, flach, und die Fokusposition Pf und die Brennweite Df liegen auf Referenzwerten.
Die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert bei der Brechzahlverteilung W ist in dem 4(C) gezeigten Zustand, in dem das Linsensystem 3 das durch es hindurch verlaufende Licht divergiert, mit einer zu der Polarität in 4(A) umgekehrten Polarität maximiert, die Fokusposition Pf ist von dem Linsensystem entfernt gelegen, und die Brennweite Df ist am größten.
Die Brechzahlverteilung W ist in dem in 4(D) gezeigten Zustand, in dem das Linsensystem 3 das Licht ohne Brechung durchlässt, wiederum flach, und die Fokusposition Pf und die Brennweite Df liegen auf den Referenzwerten.
Die Brechzahlverteilung W ist in 4(E) auf den Zustand in 4(A) zurückgekehrt, und danach wird die gleiche Schwankung der Brechzahlverteilung wiederholt.
Wie oben beschrieben, ist das Steuersignal Cf der Linsenvorrichtung 1 mit variabler Brennweite ein sinusförmiges Wechselspannungssignal, und die Fokusposition Pf und die Brennweite Df ändern sich ebenfalls sinusförmig, wie in einer Fokuspositions-Schwankungswellenform Mf in 4 gezeigt.
Durch Anwenden der Impulsbeleuchtung auf das Zielobjekt 9 bei einer beliebigen der Fokuspositionen Pf in der Fokuspositions-Schwankungswellenform Mf und Erfassen eines zu diesem Zeitpunkt beleuchteten Bildes, kann das Bild des beleuchteten Zielobjekts an der Fokusposition Pf bei einer gewünschten Brennweite Df gewonnen werden.
Wieder gemäß 1 werden die Schwingung des Linsensystems 3, die Beleuchtung der Impulslichtbeleuchtungsvorrichtung 5 und die Bilderfassung der Bilderfassungsvorrichtung 4 der Linseneinrichtung 1 mit variabler Brennweite ausgehend von dem Steuersignal Cf, dem Beleuchtungssignal Ci und dem Bilderfassungssignal Cc von der Linsensteuerung 6 gesteuert oder geregelt. Der Steuerungsrechner 7 ist angeschlossen, um beispielsweise die Einstellung der Linsensteuerung 6 zu steuern oder zu regeln, welche die obigen Komponenten steuert oder regelt.
Wie in 5 gezeigt enthält die Linsensteuerung 6: eine Ansteuerschaltung 61, welche dafür konfiguriert ist, das Steuersignal Cf an das Linsensystem 3 auszugeben, eine Beleuchtungssteuerung 62, welche dafür konfiguriert ist, das Beleuchtungssignal Ci an die Impulslichtbeleuchtungsvorrichtung 5 auszugeben, und eine Bilderfassungssteuerung 63, welche dafür konfiguriert ist, das Bilderfassungssignal Cc an die Bilderfassungsvorrichtung 4 auszugeben.
Die Ansteuerschaltung 61 enthält eine Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung 611.
Die Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung 611 ist dafür konfiguriert, Schwingungsbedingungen Vf des Linsensystems 3 ausgehend von einer Wirkleistung Rp oder einem Ansteuerstrom Ri zu erfassen, welcher dem Linsensystem 3 zugeführt wird, wenn das Linsensystem 3 als Reaktion auf das zugeführte Steuersignal Cf schwingt. Die Resonanzfixierungssteuerung 611 stellt die Frequenz des Steuersignals Cf unter Bezugnahme auf die Schwingungsbedingungen Vf des Linsensystems 3 ein, um das Fixieren der Frequenz des Steuersignals Cf auf eine aktuelle Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 zu ermöglichen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Schwingungsbedingungen Vf durch einen Schwingungssensor erfasst werden können, welcher in dem Linsensystem 3 angeordnet ist.
Wird angenommen, dass die Schwingungskennlinie des Linsensystems 3 durch S1 in 6 repräsentiert ist, so ist die Frequenz des Steuersignals Cf auf dem Spitzenwert des Schwingungskennlinie S1 festgelegt. Ohne Temperaturänderung in dem Linsensystem 3 bleibt die Frequenz bei der Spitzenposition der Schwingungskennlinie des Linsensystems 3, welche durch die Resonanzfixierungssteuerung 611 erfasst worden ist, bei der Frequenz an dem Spitzenwert der Schwingungskennlinie S1 des Steuersignals Cf.
Was das oben Gesagte betrifft, wird angenommen, dass die Schwingungskennlinie des Linsensystems 3 aufgrund der Temperaturänderung und dergleichen zu S2 verändert wird. Dann zeigt die Schwingungskennlinie des Linsensystems 3, welche durch die Resonanzfixierungssteuerung 611 erfasst wird, einen anderen Spitzenwert (d.h. den Spitzenwert der Schwingungskennlinie S2), welcher von dem Spitzenwert des Steuersignals Cf verschoben ist. Wenn das Steuersignal Cf dem Linsensystem 3 mit der Schwingungskennlinie S2 zugeführt ist, kann die Frequenz des Steuersignals Cf, welche nicht mit der Spitzenposition der Schwingungskennlinie S2 übereinstimmt, dem Linsensystem 3 nicht ausreichend Wirkleistung zuführen, was die Effizienz herabsetzt.
Wenn eine Abweichung zwischen der erfassten Schwingungsbedingung Vf des Linsensystems 3 und dem von der Ansteuerschaltung 61 dem Linsensystem 3 zugeführten Steuersignal Cf erfasst wird, sucht und erfasst die Resonanzfixierungssteuerung 611 die aktuelle Spitzenposition des Linsensystems 3 und ändert die Frequenz des von der Ansteuerschaltung 61 ausgegebenen Steuersignals Cf auf die Frequenz bei der aktuellen Spitzenposition, wie in 7 gezeigt.
Folglich, wird die Frequenz des Steuersignals Cf, welches dem Linsensystem 3 von der Ansteuerschaltung 61 zugeführt wird, auf den Spitzenwert der Resonanzfrequenz der aktuellen Schwingungskennlinie S2 des Linsensystems 3 verstellt, wodurch die Frequenz automatisch auf der Resonanzfrequenz fixiert wird.
Wieder gemäß 5 enthält der Steuerungsrechner 7: eine Linsenbetätigungseinheit 71, welche dafür konfiguriert ist, die Linsensteuerung 6 zu betätigen (d.h. die Einstellung der Linsensteuerung 6 zu konfigurieren), einen Bildprozessor 72, welcher dafür konfiguriert ist, das erfasste Bild Im von der Bilderfassungsvorrichtung 4 aufzunehmen und zu verarbeiten, und eine Betätigungsschnittstelle 73, welche dafür konfiguriert ist, eine Betätigung an der Linsenvorrichtung 1 mit variabler Brennweite seitens eines Benutzers zu empfangen.
Die Linsenbetätigungseinheit 71 enthält eine Resonanzfixierungs-Betätigungseinheit 711.
Die Resonanzfixierungs-Betätigungseinheit 711 ist dafür konfiguriert, den Zustand der Resonanzfixierungssteuerung 611 der Ansteuerschaltung 61 umzuschalten (d.h. zu aktiveren/deaktivieren).
Die 8 bis 10 zeigen eine Resonanzfixierungsschaltung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
Bei der ersten beispielhaften Ausführungsform erfasst die Resonanzfixierungssteuerung 611, bevor das Linsensystem 3 aktiviert wird, ausgehend von einer Spannungswellenform des Steuersignals Cf und einer Wellenform des Ansteuerstroms Ri des Linsensystems 3 eine Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh und legt die Frequenz des Steuersignals Cf auf einer Spitzenposition der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh fest. Während des Betriebs des Linsensystems 3 überwacht die Resonanzfixierungssteuerung 611 die Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh. Wenn eine Änderung der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh erfasst wird, erhöht oder senkt die Resonanzfixierungssteuerung 611 die Frequenz des Steuersignals Cf basierend auf dem Ansteuerstrom Ci.
Wie in 8 gezeigt, führt die Resonanzfixierungssteuerung 611 die Spitzenwerterfassung der Spannung-Strom-Phasendifferenz Rh als eine Ausgangseinstellung zu Beginn der Resonanzfixierung aus (Schritt S11).
Wie in 9 gezeigt, wird das Steuersignal Cf dem Linsensystem 3 zugeführt, während die Frequenz des Steuersignals Cf allmählich von einer vorgegebenen Untergrenze fmin auf eine vorgegebene Obergrenze fmax angehoben wird, und die Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh in dem Linsensystem 3 bei jeder der Frequenzen wird bei der Spitzenwerterfassung registriert.
Danach wird eine Frequenz fhp, bei der die Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh zu einem Spitzenwert wird, ausgehend von den Erfassungsergebnissen erfasst, und die Frequenz des Steuersignals Cf wird auf die Frequenz fhp eingestellt (Schritt S12 in 8).
Nach der Ausgangseinstellung wird die Linseneinrichtung 1 mit variabler Brennweite angesteuert. Insbesondere sendet die Resonanzfixierungssteuerung 611 das Steuersignal Cf der zuvor eingestellten Frequenz fhp an das Linsensystem 3. Somit wird die stationäre Welle in dem Linsensystem 3 erzeugt, um das Linsensystem 3 in einen Betriebszustand zu versetzen.
Während des Betriebs erfasst die Resonanzfixierungssteuerung 611 die Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh mit einem vorgegebenen Zyklus (Schritt S13), um eine Abnahme der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh zu überwachen (Schritt S14).
Wenn keine Abnahme der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh vorliegt, wird festgestellt, dass die Resonanzfrequenz fhp unverändert ist, und die Überwachung in den Schritten S13 und S14 wird fortgesetzt.
Wenn dagegen eine Abnahme der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh erfasst wird, wird festgestellt, dass die Resonanzfrequenz fhp verändert ist, und es wird festgestellt, ob eine Abnahme des Ansteuerstroms Ri erfasst wird (Schritt S15). Wenn der Ansteuerstrom Ri abgenommen hat, wird die Resonanzfrequenz fhp gesenkt (Schritt S16). Wenn der Ansteuerstrom Ri zugenommen hat, wird die Resonanzfrequenz fhp angehoben (Schritt S17).
Wie in 9 gezeigt, wird angenommen, dass die Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 aufgrund einer Temperaturerhöhung und dergleichen von der Frequenz fhp (durchgezogene Linie) auf eine Frequenz fhu (gestrichelte Linie) ansteigt.
Wenn die Frequenz des Steuersignals Cf auf der ursprünglichen Frequenz fhp bleibt, sinkt die Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh (gestrichelte Linie) in dem Linsensystem 3, dessen Resonanzfrequenz auf die Frequenz fhu geändert ist, von hp (Spitzenwert) auf hu. Wie oben beschrieben, kann die Änderung der Resonanzfrequenz, welche als eine Abnahme der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh auftritt, in Schritt S15 erfasst werden.
Wenn die Frequenz des Steuersignals Cf ungeachtet des Anstiegs der Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 (von fhp auf fhu) auf der ursprünglichen Frequenz fhp bleibt, steigt der Ansteuerstrom Ri (gestrichelte Linie) für das Linsensystem 3, dessen Resonanzfrequenz auf fhu geändert ist, von ihp auf ihu. Folglich wird bei Schritt S15 festgestellt, dass der Ansteuerstrom Ri erhöht ist, und die Frequenz des Steuersignals Cf wird in Schritt S17 von fhp auf fhu angehoben.
Wenn die Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 von der Frequenz fhp entgegen dem in 9 Gezeigten von der Frequenz fhp aus abnimmt, erhöht sich der Wert des Ansteuerstroms Ri, welcher in der Nähe der Frequenz fhp negativ geneigt ist. Folglich wird in Schritt S15 festgestellt, dass der Ansteuerstrom Ri in einem Frequenzbereich niedriger als die Frequenz fhp gegenüber dem ursprünglichen ihp erhöht ist, und die Frequenz des Steuersignals Cf wird in Schritt S16 gesenkt.
Wie oben beschrieben, wird die Frequenz des Steuersignals Cf angehoben, wenn die Resonanzfrequenz des Linsensystems angehoben ist, und die Frequenz des Steuersignals Cf wird gesenkt, wenn die Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 gesenkt ist. Folglich ist die Frequenz des Steuersignals Cf auf die Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 fixiert.
Bei der ersten beispielhaften Ausführungsform wird die Abweichung der Frequenz des Steuersignals Cf unter Bezugnahme auf die Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh erfasst, und eine Kompensationsrichtung der Frequenz des Steuersignals Cf wird ausgehend von der Änderung des Ansteuerstroms Ri ermittelt.
Wie in 10 gezeigt, ist die Frequenz fhp an der Spitzenposition der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh während des Betriebs des Linsensystems 3 üblicherweise bei einer Frequenz vorhanden, welche höher als die Frequenz fpp an der Spitzenposition der Wirkleistung Rp ist.
Mit anderen Worten: Mit der Verwendung der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh kann die Frequenz fhp an der Spitzenposition der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh in einem höheren Frequenzbereich in dem negativ geneigten Bereich zwischen der positiven Spitzenposition zu der negativen Spitzenposition des Ansteuerstroms Ri festgelegt werden.
Wie in 10 gezeigt, ist ungeachtet der Änderung der Frequenz fhp an der Spitzenposition der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh (i.e. der Abnahme von der Frequenz fhp zu der Frequenz fhd oder des Anstiegs von der Frequenz fhp zu der Frequenz fhu) der Wert (ipp, ipd, ipu) des Ansteuerstroms Ri in dem obigen Bereich konstant negativ geneigt. Folglich kann die Richtung der Änderung der Resonanzfrequenz (Schritt S15 in 8) zuverlässig erfasst werden.
Dagegen ist die Spitzenposition (Frequenz fip) der Ansteuerstroms Ri innerhalb des Bereichs vorhanden, welcher durch die Änderung der Frequenz fpp der Wirkleistung Rp (d.h. Abnahme von der Frequenz fpp zu der Frequenz fpd oder Anstieg von der Frequenz fpp zu der Frequenz fpu) definiert ist. Folglich sind beide Werte (ipd, iup) des Ansteuerstroms Ri auf beiden Seiten der Spitzenposition des Ansteuerstroms Ri gegenüber dem Wert ipp an der Spitzenposition gesenkt, wodurch möglicherweise die Richtung der Änderung des Resonanzfrequenz ausgehend von der Wirkleistung Rp nicht zuverlässig erfasst wird (Schritt S15 in 8).
Selbst wenn die Frequenz fhp an der Spitzenposition der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh aufgrund einer Änderung der Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 zu einer Seite der niedrigeren Frequenz geändert wird, ist es somit weniger wahrscheinlich, dass die Frequenz fhp der positiven Spitzenposition des Ansteuerstroms Ri nahe kommt. Folglich ist es weniger wahrscheinlich, dass das typische Verfahren, welches auf der Wirkleistung Rp basiert, aufgrund eines derartigen Fehlers nicht in der Lage ist, die Resonanzfixierungssteuerung auszuführen, da die Frequenz fpp an der Spitzenposition der Resonanzfrequenz einer Frequenz an der Spitzenposition des Ansteuerstroms Ri so nahe ist, dass bei der ersten beispielhaften Ausführungsform der Wert des Ansteuerstroms Ri in der Nähe (d.h. auf beiden Seiten) der Frequenz fpp abnimmt. Somit kann die Resonanzfixierungssteuerung der Linseneinrichtung 1 mit variabler Brennweite stabil durchgeführt werden.
Zweite beispielhafte Ausführungsform
Die 11 bis 13 zeigen eine zweite beispielhafte Ausführungsform der Erfindung.
Bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform wird die gleiche Linseneinrichtung 1 mit variabler Brennweite wie bei der ersten beispielhaften Ausführungsform verwendet, außer dass eine andere Resonanzfixierungssteuerung oder Resonanzfixierungsregelung durch die Resonanzfixierungssteuerung 611 durchgeführt wird. Folglich entfällt eine Beschreibung der gleichen Merkmale nachstehend, während die Einzelheiten der Resonanzfixierungssteuerung nach der zweiten beispielhaften Ausführungsform beschrieben werden.
Wie in 12 gezeigt, ist die Resonanzfixierungssteuerung 611 der zweiten beispielhaften Ausführungsform dafür konfiguriert, eine Ziel-Wirkleistung pt bei einem vorgegebenen Wert festzulegen, welcher kleiner als der Spitzenwert pp der erfassten Wirkleistung Rp des Linsensystems 3 ist, um die Frequenz des Steuersignals Cf auf eine Frequenz fpt zu verstellen, bei welcher die Ziel-Wirkleistung pt gegeben ist. Während das Linsensystem 3 mit dem Steuersignal Cf der Frequenz fpt betrieben wird, überwacht dann die Resonanzfixierungssteuerung 611 die Wirkleistung Rp und bestimmt, als Reaktion auf eine Änderung der Wirkleistung Rp, die Richtung der Änderung der Wirkleistung Rp, um die Frequenz des Steuersignals Cf anzuheben oder zu senken.
Insbesondere führt die Resonanzfixierungssteuerung 611 die folgenden Abläufe aus.
Wie in 11 gezeigt, führt die Resonanzfixierungssteuerung 611 die Spitzenwerterfassung der Wirkleistung Rp zu Beginn der Resonanzfixierung als eine Ausgangseinstellung durch (Schritt S21).
Wie in 12 gezeigt, wird das Steuersignal Cf dem Linsensystem 3 zugeführt, während die Frequenz des Steuersignals Cf von einer vorgegebenen Untergrenze fmin auf eine vorgegebene Obergrenze fmax angehoben wird, und die durch das Linsensystem 3 verbrauchte Wirkleistung Rp bei jeder der Frequenzen wird bei der Spitzenwerterfassung registriert.
Danach wird auf den Spitzenwert pp der erfassten Wirkleistung Rp Bezug genommen, und die Ziel-Wirkleistung pt wird auf einen vorgegebenen Wert festgelegt, welcher niedriger als der Spitzenwert pp ist. Dann wird die Frequenz fpt, bei der die Wirkleistung Rp zu der Ziel-Wirkleistung pt wird, ausgewählt und festgelegt, während die Frequenz des Steuersignals Cf auf die Frequenz fpt eingestellt wird (Schritt S22 in 11).
Die Ziel-Wirkleistung pt kann durch ein vorgegebenes Verhältnis (z.B. 70% des Spitzenwerts pp der Wirkleistung Rp) definiert sein. Alternativ kann die Ziel-Wirkleistung pt als ein Wert definiert sein, welcher um einen vorgegebenen Wert kleiner als der Spitzenwert pp ist.
Obwohl es zwei Punkte in der Frequenz der Wirkleistung Rp gibt, bei denen die Ziel-Wirkleistung pt bereitgestellt ist, wird bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform die Frequenz fpt des höheren der beiden Punkte gewählt.
Nach der Ausgangseinstellung wird die Linseneinrichtung 1 mit variabler Brennweite angesteuert. Insbesondere sendet die Resonanzfixierungssteuerung 611 das Steuersignal Cf der zuvor eingestellten Frequenz fpt an das Linsensystem 3. Somit wird die stationäre Welle in dem Linsensystem 3 erzeugt, um das Linsensystem 3 in einen Betriebszustand zu versetzen.
Während des Betriebs erfasst die Resonanzfixierungssteuerung 611 die Wirkleistung Rp mit einem vorgegebenen Zyklus (Schritt S23), um eine Änderung (Abnahme oder Zunahme) der Wirkleistung Rp zu überwachen (Schritt S24).
Wenn keine Änderung der Wirkleistung Rp verzeichnet wird, wird festgestellt, dass die Resonanzfrequenz fpt unverändert ist, und die Überwachung in den Schritten S23 und S24 wird fortgesetzt.
Wenn sich dagegen die Wirkleistung Rp ändert, bestimmt die Resonanzfixierungssteuerung 611 eine Richtung der Änderung (d.h. Abnahme oder Zunahme) (Schritt S25). Wenn der Ansteuerstrom Ri abgenommen hat, wird die Resonanzfrequenz fpt gesenkt (Schritt S26). Wenn der Ansteuerstrom Ri zugenommen hat, wird die Resonanzfrequenz fpt angehoben (Schritt S27).
Wie in 13 gezeigt, wird angenommen, dass die Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 aufgrund einer Temperaturerhöhung und dergleichen von der Frequenz fpp (durchgezogene Linie) auf eine Frequenz fpu (gestrichelte Linie) ansteigt. Die Ziel-Wirkleistung der ursprünglichen Wirkleistung Rp (durchgezogene Linie) bei der Resonanzfrequenz fpt für das Steuersignal Cf ist pt. Jedoch steigt die Ziel-Wirkleistung der Wirkleistung Rp (gestrichelte Linie), wenn die Resonanzfrequenz angehoben ist, auf eine Wirkleistung pu bei der Resonanzfrequenz fpt.
Die obige Änderung der Ziel-Wirkleistung resultiert in einer Bestimmung in Schritt S25 in 11, dass die Wirkleistung Rp zugenommen hat, und die Resonanzfrequenz fpt wird in Schritt S27 auf eine Resonanzfrequenz fptu angehoben.
Wenn die Resonanzfrequenz des Linsensystems 3, im Gegensatz zu der in 13 Gezeigten, von der Frequenz fpp aus abnimmt, verschiebt sich die als durchgezogene Linie in 13 repräsentierte Wirkleistung Rp in der Zeichnung nach links, sodass der Wert der Wirkleistung Rp bei der Frequenz fpt des Steuersignals Cf abnimmt. Folglich wird in Schritt S25 in 11 festgestellt, dass die Wirkleistung Rp abgenommen hat, und die Resonanzfrequenz fpt wird in Schritt S26 gesenkt.
Wie oben beschrieben, wird die Frequenz des Steuersignals Cf angehoben, wenn die Resonanzfrequenz des Linsensystems angehoben ist, und die Frequenz des Steuersignals Cf wird gesenkt, wenn die Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 gesunken ist. Folglich ist die Frequenz des Steuersignals Cf auf die Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 eingestellt.
Bei der beispielhaften Ausführungsform kann die Resonanzfixierungssteuerung des Steuersignals Cf allein auf der Wirkleistung Rp des Linsensystems basierend ausgeführt werden.
Insbesondere wird die Ziel-Wirkleistung pt auf einen Wert festgelegt, welcher niedriger als der Spitzenwert pp der Wirkleistung Rp des Linsensystems 3 ist. Der Wert der Wirkleistung Rp nimmt von dem Spitzenwert pp entlang einer positiven oder negativen Neigung in der Nähe des Werts der Ziel-Wirkleistung pt kontinuierlich ab. Folglich kann die Richtung zum Ändern der Frequenz des Steuersignals Cf bestimmt werden, indem auf den Wert der Wirkleistung Rp in der Nähe der Frequenz fpt Bezug genommen wird, bei der die Ziel-Wirkleistung pt gegeben ist, wenn eine Änderung der Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 gegenüber der Frequenz fpt des Steuersignals Cf, dessen Ziel-Wirkleistung bei pt festgelegt ist, vorliegt.
Dann kann das Linsensystem 3 mit der Resonanzfrequenz stabil betrieben werden, indem die Frequenz des Steuersignals Cf ausgehend von der bestimmten Richtung angehoben/gesenkt wird.
Ferner kann die zweite beispielhafte Ausführungsform, welche beim Durchführen der Resonanzfixierungssteuerung rein auf der Wirkleistung Rp des Linsensystems 3 basiert, unter Verwendung einer vereinfachten Struktur und vereinfachter Abläufe implementiert werden.
Ferner ist es bei der zweiten beispielshaften Ausführungsform nicht notwendig, auf den Ansteuerstrom des Linsensystems 3 Bezug zu nehmen. Somit ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Fehler beim Bestimmen der Änderung der Richtung Ansteuerstroms auftritt, welcher in einer fehlerhaften Resonanzfixierungssteuerung durch Fixieren auf der Spitzenposition resultiert, sodass die Resonanzfixierungssteuerung der Linseneinrichtung 1 mit variabler Brennweite stabil durchgeführt werden kann.
Dritte beispielhafte Ausführungsform
Die 14 bis 16 zeigen eine dritte beispielhafte Ausführungsform der Erfindung.
Bei der dritten beispielhaften Ausführungsform wird die Frequenz fpt, bei der die Ziel-Wirkleistung pt gegeben ist, auf eine Frequenz festgelegt, welche niedriger als die Frequenz fpp ist, bei der der Spitzenwert pp gegeben ist (siehe 15), anstatt auf die Frequenz, welche höher als die Frequenz fpp ist, bei der oben beschriebenen zweiten beispielhaften Ausführungsform.
Ein Teil der Abläufe (Schritte S31 bis S35) bei der dritten beispielhaften Ausführungsform ist der gleiche wie die Schritte S21 bis S25 bei der oben beschriebenen zweiten beispielhaften Ausführungsform. Als Ergebnis des Einstellens der Frequenz fpt auf eine Frequenz, welche niedriger als die Frequenz fpp ist, ist die Fixierungsrichtung in den Schritten S36 und S37 der Richtung in den Schritten S26 und S27 bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform entgegengesetzt.
Wie in 16 gezeigt, wird angenommen, dass die Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 aufgrund einer Temperaturerhöhung und dergleichen von der Frequenz fpp (durchgezogene Linie) auf eine Frequenz fpu (gestrichelte Linie) ansteigt. Die Ziel-Wirkleistung der ursprünglichen Wirkleistung Rp (durchgezogene Linie) bei der Resonanzfrequenz fpt, die durch das Steuersignal Cf vorgegeben ist, ist pt. Jedoch wird die Ziel-Wirkleistung der Wirkleistung Rp (gestrichelte Linie), wenn die Resonanzfrequenz angehoben ist, bei der Resonanzfrequenz fpt auf eine Wirkleistung pu abgesenkt.
Die obige Änderung der Ziel-Wirkleistung resultiert in einer Bestimmung in Schritt S35 in 14, dass die Wirkleistung Rp abgenommen hat, und die Resonanzfrequenz fpt wird in Schritt S36 auf eine Resonanzfrequenz fptu angehoben.
Wenn die Resonanzfrequenz des Linsensystems 3, entgegen dem in 16 Gezeigten, von der Frequenz fpp aus abnimmt, verschiebt sich die durch die durchgezogene Linie in 16 repräsentierte Wirkleistung Rp in der Zeichnung nach links, sodass der Wert der Wirkleistung bei der Resonanzfrequenz fpt zunimmt. Folglich wird in Schritt S35 in 14 festgestellt, dass die Wirkleistung Rp zugenommen hat, und die Resonanzfrequenz fpt wird in Schritt S37 gesenkt.
Wie oben beschrieben, wird die Frequenz des Steuersignals Cf angehoben, wenn die Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 angehoben ist, und die Frequenz des Steuersignals Cf wird gesenkt, wenn die Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 gesenkt ist. Folglich wird die Frequenz des Steuersignals Cf auf die Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 fixiert.
Somit können die gleichen Vorteile wie die bei der oben beschriebenen zweiten beispielhaften Ausführungsform durch die dritte beispielhafte Ausführungsform erzielt werden.
Vierte beispielhafte Ausführungsform
Die 17 bis 19 zeigen eine vierte beispielhafte Ausführungsform der Erfindung.
Bei der vierten beispielhaften Ausführungsform wird die gleiche Linseneinrichtung 1 mit variabler Brennweite wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform verwendet, außer dass eine andere Resonanzfixierungssteuerung oder Resonanzfixierungsregelung durch die Resonanzfixierungssteuerung 611 ausgeführt wird. Folglich entfällt unten die Beschreibung der gleichen Merkmale, während die Einzelheiten der Resonanzfixierungssteuerung nach der vierten beispielhaften Ausführungsform beschrieben werden.
Wie in 18 gezeigt, ist die Resonanzfixierungssteuerung 611 der vierten beispielhaften Ausführungsform dafür konfiguriert, eine Ziel-Spannungs-Strom-Phasendifferenz ht auf einen vorgegebenen Wert festzulegen, welcher niedriger als ein Spitzenwert hp der erfassten Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh des Linsensystems 3 ist, und die Frequenz des Steuersignals Cf auf eine Frequenz fht einzustellen, bei der die Ziel- Spannungs-Strom-Phasendifferenz ht gegeben ist. Während das Linsensystem 3 durch das Steuersignal Cf der Frequenz fht betrieben wird, überwacht dann die Resonanzfixierungssteuerung 611 die Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh. Wenn eine Änderung der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh erfasst wird, ermittelt die Resonanzfixierungssteuerung 611 die Richtung der Änderung der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh und hebt oder senkt die Frequenz des Steuersignals Cf.
Insbesondere führt die Resonanzfixierungssteuerung 611 die folgenden Abläufe aus.
Wie in 17 dargestellt, führt die Resonanzfixierungssteuerung 611 die Spitzenwerterfassung der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh als eine Ausgangseinstellung zu Beginn der Resonanzfixierung durch (Schritt S41).
Wie in 18 dargestellt, wird das Steuersignal Cf dem Linsensystem 3 zugeführt, während die Frequenz des Steuersignals Cf von einer vorgegebenen Untergrenze fmin zu einer vorgegebenen Obergrenze fmax angehoben wird, und die Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh in dem Linsensystem 3 bei jeder der Frequenzen wird bei der Spitzenwerterfassung registriert.
Die Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh kann ausgehend von einer Spannungswellenform des Steuersignals und einer Wellenform des Ansteuerstroms Ri, der in dem Linsensystem 3 erfasst wird, berechnet werden.
Danach wird auf einen Spitzenwert hp der erfassten Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh Bezug genommen, und die Ziel- Spannungs-Strom-Phasendifferenz ht wird auf einen vorgegebenen Wert festgelegt, welcher niedriger als der Spitzenwert hp ist. Dann wird eine Frequenz fht, bei der die erfasste Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh zu der Ziel- Spannungs-Strom-Phasendifferenz ht wird, gewählt, und die Frequenz des Steuersignals Cf wird auf die Frequenz fht eingestellt (Schritt S42 in 17).
Die Ziel- Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh kann beispielsweis durch ein vorgegebenes Verhältnis (z.B. 70% des Spitzenwerts hp der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh) definiert sein. Alternativ kann die Ziel- Spannungs-Strom-Phasendifferenz ht als ein Wert definiert sein, welcher um einen vorgegebenen Wert kleiner als der Spitzenwert hp ist.
Obwohl es zwei Punkte in der Frequenz der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh gibt, bei denen die Ziel- Spannungs-Strom-Phasendifferenz ht bereitgestellt ist, wird bei der vierten beispielhaften Ausführungsform die Frequenz fht des höheren der beiden Punkte gewählt.
Nach der Ausgangseinstellung wird die Linseneinrichtung 1 mit variabler Brennweite angesteuert. Insbesondere sendet die Resonanzfixierungssteuerung 611 das Steuersignal Cf der zuvor verstellten Frequenz fht an das Linsensystem 3. Somit wird die stationäre Welle in dem Linsensystem 3 erzeugt, um das Linsensystem 3 in einen Betriebszustand zu versetzen.
Während des Betriebs erfasst die Resonanzfixierungssteuer 611 die Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh mit einem vorgegebenen Zyklus (Schritt S43), um eine Änderung (Abnahme oder Zunahme) der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh zu überwachen (Schritt S44).
Wenn keine Änderung der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh verzeichnet wird, wird festgestellt, dass die Resonanzfrequenz fht unverändert ist, und die Überwachung in den Schritten S43 und S44 wird fortgesetzt.
Wenn sich dagegen die Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh ändert, bestimmt die Resonanzfixierungssteuerung 611 eine Richtung der Änderung (d.h. Abnahme oder Zunahme) (Schritt S45). Bei einer Abnahme der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh, wird die Resonanzfrequenz fht gesenkt (Schritt S46). Bei einer Zunahme der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh, wird die Resonanzfrequenz fht angehoben (Schritt S47).
Wie in 19 gezeigt, wird angenommen, dass die Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 aufgrund einer Temperaturerhöhung und dergleichen von der Frequenz fhp (durchgezogene Linie) auf eine Frequenz fhu (gestrichelte Linie) ansteigt. Die Ziel- Spannungs-Strom-Phasendifferenz der ursprünglichen Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh (durchgezogene Linie) bei der Resonanzfrequenz fht für das Steuersignal Cf ist ht. Jedoch steigt die Ziel- Spannungs-Strom-Phasendifferenz der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh (gestrichelte Linie), wenn die Resonanzfrequenz angehoben ist, auf eine Spannungs-Strom-Phasendifferenz hu bei der Resonanzfrequenz fht.
Als Reaktion auf die Änderung wird in Schritt S45 in 17 bestimmt, dass die Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh zugenommen hat, und die Frequenz fht des Steuersignals Cf wird in Schritt S47 auf fhtu angehoben.
Wenn die Resonanzfrequenz des Linsensystems 3, im Gegensatz zu der in 19 gezeigten, von der Frequenz fhp aus abnimmt, verschiebt sich die als durchgezogene Linie in 19 repräsentierte Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh in der Zeichnung nach links, sodass die Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh bei der Frequenz fht des Steuersignals Cf abnimmt. Folglich wird in Schritt S45 in 17 festgestellt, dass der Wert der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh abgenommen hat, und die Resonanzfrequenz fht des Steuersignals wird in Schritt S46 gesenkt.
Wie oben beschrieben, wird die Frequenz des Steuersignals Cf angehoben, wenn die Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 angehoben ist, und die Frequenz des Steuersignals Cf wird gesenkt, wenn die Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 gesunken ist. Folglich wird die Frequenz des Steuersignals Cf auf die Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 eingestellt.
Bei der beispielhaften Ausführungsform kann die Resonanzfixierungssteuerung des Steuersignals Cf basierend allein auf der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh des Linsensystems ausgeführt werden.
Mit anderen Worten: Die Ziel-Spannungs-Strom-Phasendifferenz ht wird auf einen Wert festgelegt, welcher niedriger als der Spitzenwert pp der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh des Linsensystems 3 ist. Der Wert der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh nimmt von dem Spitzenwert hp entlang einer positiven oder negativen Neigung in der Nähe des Werts der Ziel-Wirkleistung ht aus kontinuierlich ab. Folglich kann die Richtung zum Ändern der Frequenz des Steuersignals Cf bestimmt werden, indem auf den Wert der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh in der Nähe der Frequenz fht Bezug genommen wird, bei dem die Ziel- Spannungs-Strom-Phasendifferenz ht gegeben ist, wenn eine Änderung der Resonanzfrequenz des Linsensystems 3 gegenüber der Frequenz fht des Steuersignals Cf, dessen Spannungs-Strom-Phasendifferenz bei ht festgelegt ist, auftritt.
Das Linsensystem 3 kann mit der Resonanzfrequenz stabil betrieben werden, indem die Frequenz des Steuersignals Cf ausgehend von der bestimmten Richtung angehoben/gesenkt wird.
Ferner kann die vierte beispielhafte Ausführungsform, welche beim Durchführen der Resonanzfixierungssteuerung rein auf der Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh des Linsensystems 3 basiert, unter Verwendung einer vereinfachten Struktur und vereinfachter Abläufe implementiert werden.
Ferner ist es bei der vierten beispielshaften Ausführungsform nicht notwendig, den Ansteuerstrom des Linsensystems 3 zu prüfen. Somit ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Fehler beim Bestimmen der Änderung der Richtung Ansteuerstroms auftritt, welcher in einer fehlerhaften Resonanzfixierungssteuerung durch Fixieren auf der Spitzenposition resultiert, sodass die Resonanzfixierungssteuerung der Linseneinrichtung 1 mit variabler Brennweite stabil durchgeführt werden kann.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei der oben beschriebenen vierten beispielhaften Ausführungsform zwar die Frequenz fht, bei der die Ziel- Spannungs-Strom-Phasendifferenz ht gegeben ist, auf die Frequenz festgelegt wird, welche höher als die Frequenz fhp ist, bei der die Spannungs-Strom-Phasendifferenz Rh zu dem Spitzenwert hp wird, die Frequenz fht jedoch auf die gleiche Weise wie bei der oben beschriebenen dritten beispielhaften Ausführungsform in Bezug auf die zweite beispielhafte Ausführungsform niedriger als die Frequenz fhp festgelegt werden kann.
Modifikation(en)
Es sei darauf hingewiesen, dass der Umfang dieser Erfindung nicht auf die oben beschriebene(n) beispielhafte(n) Ausführungsform(en) beschränkt ist, sondern Modifikationen und dergleichen einschließt, so lange die Modifikationen und dergleichen mit der Erfindung vereinbar sind.
Die Linsensteuerung 6 und der Steuerungsrechner 7, welche bei den obigen beispielhaften Ausführungsformen in Kombination verwendet werden, um das Linsensystem 3 anzusteuern und zu steuern oder zu regeln, können alternativ eine integrierte Vorrichtung sein, welche dafür konfiguriert ist, das Linsensystem 3 zu starten, zu steuern bzw. zu regeln und zu betreiben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Kombination der Linsensteuerung 6 und des Steuerungsrechners 7 wie bei den obigen beispielhaften Ausführungsformen eine unabhängige Hardware bereitstellen können, die zum Starten und Steuern oder Regeln des Linsensystems 3 notwendig ist. Ferner können die Betätigung und die Konfiguration der Einstellung der Linsensteuerung 6 und auch die Bildaufnahme unter Verwendung eines Universal-PCs erreicht werden.
Zwar sind das Steuersignal Cf und die Fokuspositionsschwankungs-Wellenform Mf bei den beispielhaften Ausführungsformen sinusförmig, doch können das Steuersignal Cf und die Fokuspositionsschwankungs-Wellenform Mf alternativ eine andere Wellenform haben, wie beispielsweise eine Dreieckswellenform, eine Sägezahnwellenform, eine Rechteckwellenform oder dergleichen.
Die spezifische Struktur des Linsensystems 3 kann je nach Bedarf geändert werden.
Beispielsweise sind das Gehäuse 31 und das schwingende Element 32 nicht notwendigerweise zylindrisch, sondern können hexagonal sein, und die Abmessung des Gehäuses 31 und des schwingenden Elements 32 sowie die Art der Flüssigkeit 35 können nach Wunsch geändert werden.

Claims

Linseneinrichtung mit variabler Brennweite, umfassend: ein Linsensystem (3), dessen Brechzahl bzw. Brechungsindex sich in Abhängigkeit eines zugeführten Ansteuersignals (Cf) ändert; und eine Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung (611), welche dafür konfiguriert ist, das Ansteuersignal (Cf) auf einer Resonanzfrequenz des Linsensystems (3) zu fixieren, wobei die Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung (611) dafür konfiguriert ist, eine Frequenz des Ansteuersignals (Cf) auf eine Spitzenposition einer Spannungs-Strom-Phasendifferenz (Rh) zwischen einer Spannung des Ansteuersignals (Cf) und einem Ansteuerstrom (Ri) des Linsensystems (3) einzustellen und die Frequenz des Ansteuersignals (Cf) basieren auf dem Ansteuerstrom (Ri) anzuheben oder zu senken, wenn die Spannungs-Strom-Phasendifferenz (Rh) verändert ist.
Linseneinrichtung mit variabler Brennweite, umfassend: ein Linsensystem (3), dessen Brechzahl bzw. Brechungsindex sich in Abhängigkeit eines zugeführten Ansteuersignals (Cf) ändert; und eine Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung (611), welche dafür konfiguriert ist, das Ansteuersignal (Cf) auf einer Resonanzfrequenz des Linsensystems (3) zu fixieren, wobei die Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung (611) dafür konfiguriert ist, eine Ziel-Wirkleistung (pt) festzulegen, welche niedriger als ein Spitzenwert (pp) einer Wirkleistung (Rp) des Linsensystems (3) ist, eine Frequenz des Ansteuersignals (Cf) auf eine Frequenz (fpt) einzustellen, bei der die Ziel-Wirkleistung (pt) bereitgestellt ist, und die Frequenz des Ansteuersignals (Cf) in Abhängigkeit einer Zunahme oder einer Abnahme der Wirkleistung (Rp) anzuheben oder zu senken, wenn die Wirkleistung (Rp) verändert ist.
Linseneinrichtung mit variabler Brennweite, umfassend: ein Linsensystem (3), dessen Brechzahl bzw. Brechungsindex sich in Abhängigkeit eines zugeführten Ansteuersignals (Cf) ändert; und eine Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung (611), welche dafür konfiguriert ist, das Ansteuersignal (Cf) auf einer Resonanzfrequenz des Linsensystems (3) zu fixieren, wobei die Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung (611) dafür konfiguriert ist, eine Ziel- Spannungs-Strom-Phasendifferenz (ht) festzulegen, welche niedriger als ein Spitzenwert (hp) einer Spannungs-Strom-Phasendifferenz (Rh) zwischen einer Spannung des Ansteuersignals (Cf) und einem Ansteuerstrom (Ri) des Linsensystems(3) ist, eine Frequenz des Ansteuersignals (Cf) auf eine Frequenz (fht) einzustellen, bei der die Ziel-Spannungs-Strom-Phasendifferenz (ht) bereitgestellt ist, und die Frequenz des Ansteuersignals (Cf) in Abhängigkeit einer Zunahme oder einer Abnahme der Spannungs-Strom-Phasendifferenz (Rh) anzuheben oder zu senken, wenn die Spannungs-Strom-Phasendifferenz (Rh) verändert ist.
Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Linseneinrichtung (1) mit variabler Brennweite, welche ein Linsensystem (3), dessen Brechzahl bzw. Brechungsindex sich in Abhängigkeit eines zugeführten Ansteuersignals (Cf) ändert, und eine Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung (611) umfasst, welche dafür konfiguriert ist, das Ansteuersignal (Cf) auf einer Resonanzfrequenz des Linsensystems (3) zu fixieren, wobei das Verfahren umfasst: Einstellen einer Frequenz des Ansteuersignals (Cf) auf eine Spitzenposition einer Spannungs-Strom-Phasendifferenz (Rh) zwischen einer Spannung des Ansteuersignals (Cf) und einem Ansteuerstrom (Ri) des Linsensystems (3); und Anheben oder Senken der Frequenz des Ansteuersignals (Cf) in Abhängigkeit des Ansteuerstroms (Ri), wenn die Spannungs-Strom-Phasendifferenz (Rh) verändert ist.
Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Linseneinrichtung (1) mit variabler Brennweite, umfassend eine Linseneinrichtung (1) mit variabler Brennweite, welche ein Linsensystem (3), dessen Brechzahl bzw. Brechungsindex sich in Abhängigkeit eines zugeführten Ansteuersignals (Cf) ändert, und eine Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung (611) umfasst, welche dafür konfiguriert ist, das Ansteuersignal (Cf) auf einer Resonanzfrequenz des Linsensystems (3) zu fixieren, wobei das Verfahren umfasst: Festlegen einer Ziel-Wirkleistung (pt), welche niedriger als ein Spitzenwert (pp) einer Wirkleistung (Rp) des Linsensystems (3) ist; Einstellen einer Frequenz des Ansteuersignals (Cf) auf eine Frequenz (fpt), bei der die Ziel-Wirkleistung (pt) bereitgestellt ist; und Anheben oder Senken der Frequenz des Ansteuersignals (Cf) in Abhängigkeit einer Zunahme oder einer Abnahme der Wirkleistung (Rp), wenn die Wirkleistung (Rp) verändert ist.
Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Linseneinrichtung (1) mit variabler Brennweite, welche ein Linsensystem (3), dessen Brechzahl bzw. Brechungsindex sich in Abhängigkeit eines zugeführten Ansteuersignals (Cf) ändert, und eine Resonanzfixierungssteuerung bzw. Resonanzfixierungsregelung (611) umfasst, welche dafür konfiguriert ist, das Ansteuersignal (Cf) auf einer Resonanzfrequenz des Linsensystems (3) zu fixieren, wobei das Verfahren umfasst: Festlegen einer Ziel-Spannungs-Strom-Phasendifferenz (ht), welche niedriger als ein Spitzenwert (hp) einer Spannungs-Strom-Phasendifferenz (Rh) zwischen einer Spannung des Ansteuersignals (Cf) und einem Ansteuerstrom (Ri) des Linsensystems(3) ist, Einstellen einer Frequenz des Ansteuersignals (Cf) auf eine Frequenz (fht), bei der die Ziel-Spannungs-Strom-Phasendifferenz (ht) bereitgestellt ist, und Anheben oder Senken der Frequenz des Ansteuersignals (Cf) in Abhängigkeit einer Zunahme oder einer Abnahme der Spannungs-Strom-Phasendifferenz (Rh), wenn die Spannungs-Strom-Phasendifferenz (Rh) verändert ist.