DE1103050B

DE1103050B - Device for focusing optical systems

Info

Publication number: DE1103050B
Application number: DEL30204A
Authority: DE
Inventors: Fromund Hock
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1958-04-16
Filing date: 1958-04-16
Publication date: 1961-03-23

Description

Vorrichtung zum Scharfeinstellen optischer Systeme Es sind Vorrichtungen zur Festlegung der besten Einstellung von abbildenden optischen Systemen bekanntgeworden. Hierbei wird durch die Abbildung einer Testmarke auf ein Negativ derselben das abbildende Lichtbündel völlig abgeschirmt, wenn die Abbildung scharf ist. Das bei unscharfer Einstellung nicht abgeschirmte Licht wird mittels einer fotoelektrischen Vorrichtung beobachtet und danach die Scharfeinstellung von Hand bewirkt.Apparatus for focusing optical systems There are apparatuses for determining the best setting of imaging optical systems became known. Here, the imaging of a test mark on a negative of the same becomes the imaging Light beam completely shielded when the image is sharp. That with fuzzy Setting unshielded light is by means of a photoelectric device observed and then effected the focusing by hand.

Es ist ferner bekannt, durch ein Gitter das Bild in Streifen zu zerlegen, deren Kontrast am größten ist, wenn das Gitter in der Schärfenebene steht. Wird das Gitter in Schwingungen versetzt, so kann in einer Fotozelle Wechselstrom erzeugt und damit der Kontrast gemessen werden, dessen Maximalwert zur selbsttätigen Scharfeinstellung benutzt wird. It is also known to divide the image into strips by means of a grid, whose contrast is greatest when the grating is in the plane of focus. Will If the grid is set in motion, alternating current can be generated in a photocell and thus the contrast can be measured, its maximum value for automatic focusing is used.

Eine andere bekannte Einstellvorrichtung besteht darin, daß zwei rasterförmige Testbilder vor und hinter der Einstellebene angeordnet sind, die abwechselnd durch eine Spaltblende einem lichtelektrischen Organ zugänglich gemacht werden. Die Fotoströme können zur automatischen Scharfeinstellung benützt werden. Another known adjustment device is that two Grid-shaped test images are arranged in front of and behind the setting level, which alternate can be made accessible to a photoelectric organ through a slit diaphragm. The photo streams can be used for automatic focusing.

Nach der Erfindung wird die empfindlichere Einstellung auf gleiche Helligkeit benutzt und ebenfalls selbsttätige Einstellung erreicht. According to the invention, the more sensitive setting is the same Brightness used and also achieved automatic setting.

Es ist bekannt, daß eine Foucaultsche Schneide das Licht gleichmäßig abschirmt, wenn sie genau im Brennpunkt eines idealen Objektivs steht Wird sie vor oder hinter dem Brennpunkt in den Strahlengang eingeschoben, so werden bekanntlich die beiden Hälften des Strahlenbündels verschieden stark abgeschattet. Man kann daher nach der Erfindung durch Verschieben der Schneide längs der optischen Achse an der gleichmäßigen Abschattung die genaue Stelle des Brennpunktes erkennen. Falls das Objektiv nicht ideal ist, so findet man die Stelle engster Einschnürung. Die Erfindung besteht demgemäß darin, daß eine Foucaultsche Schneide längs der optischen Achse des Objektivs beweglich ist, daß das Lichtbündel symmetrisch zur Schneide in zwei von der Schneidenstellung beeinflußte Teil strahlenbündel zerlegt ist und daß die Teilstrahlenbündel einem fotoelektrischen Empfänger zugeführt sind, dessen Signale zum Einstellen der Schärfenebene des Objektivs relativ zur Schneide dienen. It is known that a Foucault cutting edge emits light evenly shields if it is exactly in the focal point of an ideal lens, it will be in front of it or inserted behind the focal point in the beam path, so are known the two halves of the beam are shaded to different degrees. One can therefore according to the invention by moving the cutting edge along the optical axis recognize the exact location of the focal point from the even shadowing. If the lens is not ideal, one finds the place of the narrowest constriction. the The invention is accordingly that a Foucault cutting edge along the optical The axis of the lens is movable so that the light beam is symmetrical to the cutting edge beam bundle is divided into two part influenced by the cutting edge position and that the partial beams are fed to a photoelectric receiver whose Signals are used to adjust the focal plane of the lens relative to the cutting edge.

Die Schneide kann in Schwingungen quer zur optischen Achse versetzt sein, so daß die Teilstrahlen moduliert werden und in zwei Fotozellen Wechselströme erzeugen, deren Differenz oder Quotient gegenüber der Schneidenschwingung einen Phasenunterschied aufweist, der ein Minimum wird, wenn die Schneide an der Stelle engster Strahleneinschnürung steht. Die Differenz oder der Quotient der Fotoströme kann einem Verstärker zugeführt werden und eine automatische Einstellung des Objektivs herbei- führen. Die Richtung der Abweichung von der besten Einstellung ist durch die Phasenbeziehung der Fotoströme zu der Schneidenschwingung bestimmt. The cutting edge can vibrate transversely to the optical axis so that the partial beams are modulated and alternating currents in two photocells generate whose difference or quotient compared to the cutting edge vibration Has phase difference that becomes a minimum when the cutting edge is in place narrowest radiation constriction. The difference or the quotient of the photo currents can be fed to an amplifier and an automatic adjustment of the lens bring- to lead. The direction of departure from the best setting is through determines the phase relationship of the photocurrents to the blade vibration.

Die schwingende Schneide kann auch durch einen aus zwei senkrecht zueinander polarisierenden Hälften bestehenden Polarisator zusammen mit einem rotierenden Polarisator ersetzt werden. Man kann ferner, anstatt die Schneide in Schwingungen zu versetzen, eine rotierende halbkreisförmige Blende im Strahlengang anordnen. The oscillating cutting edge can also be perpendicular by one of two each other polarizing halves existing polarizer together with a rotating Polarizer to be replaced. One can also, instead of the cutting edge in vibrations to move, arrange a rotating semicircular aperture in the beam path.

Die Anordnung ist sinngemäß auch für die automatische Einstellung von Abbildungen mit Auflicht zu verwenden. The arrangement is analogous to the automatic setting to use images with incident light.

In der Zeichnung sind Ausführungsformen des Geräts nach der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Vorrichtung mit schwingender Schneide, Fig. 2 eine Vorrichtung mit Polarisatoren Fig. 3 eine Vorrichtung mit fester Schneide, Fig. 4 eine Vorrichtung für Auflichtabbildung. In the drawing are embodiments of the device according to the invention shown schematically. 1 shows a device with a vibrating cutting edge, Fig. 2 shows a device with polarizers; Fig. 3 shows a device with a fixed cutting edge, 4 shows a device for reflected light imaging.

In Fig. list das zu untersuchende Objektiv mit 1 bezeichnet. Das Licht der Lampe 2 wird durch eine Kollektorlinse 3, den Spalt 4 und ein Kollimatorobjektiv 5 als paralleles Bündel dem Objektiv 1 zugeführt. The objective to be examined is denoted by 1 in FIG. That Light from the lamp 2 is through a collector lens 3, the slit 4 and a collimator lens 5 fed to the objective 1 as a parallel bundle.

In der Nähe des Brennpunktes des Objektivs ist die Foucaultsche Schneide 6 angeordnet ; deren Kante parallel zum Spalt liegt. Durch eine von der Netzspannung betriebene elektromagnetische Vorrichtung 7 wird die Schneide in Schwingungen quer zur optischen Achse des Objektivs versetzt. Das vom Objektiv kommende Strahlenbündel wird durch den Winkelspiegel 8, dessen Kante die optische Achse schneidet, in zwei Teilstrahlen zerlegt und den beiden Fotozellen 9, 9' zugeführt. Diese erhalten infolge der Schneidenschwingungen Wechsellicht. Die so erzeugten Wechselströme werden durch den Verstärker 10 verstärkt und betreiben den Servomotor 11, der durch die Vorrichtung 12 zum Einstellen des Obigkti : lts 1 retativ zur Schneide6 dient.Near the focal point of the lens is the Foucault cutting edge 6 arranged; whose edge is parallel to the gap. By one of the mains voltage operated electromagnetic device 7, the cutting edge in vibrations transversely offset to the optical axis of the lens. The bundle of rays coming from the lens is divided into two by the corner mirror 8, the edge of which intersects the optical axis Partial beams split up and fed to the two photocells 9, 9 '. These received as a result the cutting edge vibrations alternating light. The alternating currents generated in this way are through the amplifier 10 amplifies and operate the servo motor 11 which is produced by the device 12th for setting the obigkti: lts 1 relative to cutting 6 is used.

In der Zeichnung ist der Deutlichkeit halber di relative Einstellung dadurch veranschaulicht, daß die Schneide in zwei Stellungen relativ zum Objekt gestrichelt gezeichnet ist In der Stellung 6' deckt die Schneide beim Schwingen von unten nach oben zunächst den unteren Teilstrahl und damit die obere Fotozelle 9' ab, in der Stellung 6" wird zuerst die Fotozelle 9 abgedeckt. Die erzeugten Fotoströme haben Phasendifferenzen entgegengesetzten Vorzeichens. Wenn die Schneide genau im Brennpunkt schwingt, werden beide Fotozellen gleichzeitig abgedeckt, die Phasendifferenz ist dann Null und der Servomotorll 11 stillgesetzt, während er in den. anderen Fällen entgegengesetzte Drehrichtung erhält. In the drawing, the relative setting is for the sake of clarity illustrated by the fact that the cutting edge is in two positions relative to the object is drawn in dashed lines In the position 6 'covers the cutting edge when swinging from bottom to top first the lower partial beam and thus the upper photocell 9 ', in position 6 "the photocell 9 is covered first. The photocurrents generated have phase differences of opposite sign. If the cutting edge is exactly in Focal point oscillates, both photocells are covered at the same time, the phase difference is then zero and the Servomotorll 11 stopped while he is in the. other cases opposite direction of rotation receives.

Nach Fig. 2 ist die Foucaultsche Schneide ersetzt durch einen Polarisator, der ebenfalls längs. der optischen Achse relativ zum System meßbar verschieblich ist und aus zwei senkrecht zueinander polarisierenden Teilen 21, 22 besteht. Die Trennkante der Teile schneidet die optische Achse. Die Schwingungen der Schneide zur Erzeugung des Wechselliehtes sind ersetzt durch die Rotation eines Polarisators 23. Ferner zeigt Fig. 2, daß die Trennung der beiden Strahlenbündel und ihre Zuführung zu den Fotozellen 9 und 9' auch durch Halblinsen 24, 25 erfolgen kann. According to Fig. 2, the Foucault cutting edge is replaced by a polarizer, the also lengthways. the optical axis can be displaced in a measurable manner relative to the system and consists of two parts 21, 22 polarizing perpendicular to one another. the The separating edge of the parts intersects the optical axis. The vibrations of the cutting edge to generate the alternating light are replaced by the rotation of a polarizer 23. Furthermore, Fig. 2 shows that the separation of the two beams and their supply to the photocells 9 and 9 'can also be done through half lenses 24, 25.

In Fig. 3 ist eine Abänderung des Geräts dargestellt, bei der die Foucaultsche Schneide 6 nicht in Schwingungen versetzt wird. Das Wechsellicht wird dadurch erzeugt, daß eine halbkreisförmige Blende31, deren Durchmesser die optische Achse schneidet, in Rotation versetzt ist. Hier ist nur eine Fotozelle vorgesehen. Die Phase ihrer Wechselspannung bezüglich der Blende gibt die Richtung, in der das Objektiv verschoben werden muß. In Fig. 3, a modification of the device is shown in which the Foucault cutting edge 6 is not caused to vibrate. The changing light will produced in that a semicircular diaphragm 31, the diameter of which is the optical Axis intersects, is set in rotation. Only one photocell is provided here. The phase of their alternating voltage with respect to the aperture indicates the direction in which the Lens must be moved.

In Fig. 4 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei der das auf der wiederum längs der optischen Achse relativ zum optischen System verschieblichen Foucaultschen Schneide zu vereinigende Licht durch eine Auflichteinrichtung dem Objektiv und über dasselbe dem Objekt zugeführt wird. Nilit 41 ist ein Objekt bezeichnet, das durch das Objektiv 42 zu der Bildebene43 konjugiert werden soll. Das Objekt möge mindestens teilweise spiegeln. Mit 44 ist ein Strahlenteiler bezeichnet, der das von der Lampe 45 über den Kollektor 46 und einen Spalt 47 kommende Licht dem Objektiv zuführt, so daß auf dem Objekt 41 im Punkte 48 ein Spalthild entsteht Dieses wird durch das Objektiv auf die Schneide 49 abgebildet, hinter der zwei Fotozellen 50, 50' stehen, die, wie in Fig. 1 dargestellt, über einen Verstärker auf eine Verstelleinrichtung des Objektivs einwirken. Dadurch wird das Objektiv automatisch so eingestellt, daß das Spaltbild auf dem Objekt scharf abgebildet ist und zugleich das Objekt zu der Bildebene 43 genau konjugiert ist. In Fig. 4, a device is shown in which the turn Foucault's which can be displaced along the optical axis relative to the optical system Cut light to be combined through a reflected light device over the lens and over the same is supplied to the object. Nilit 41 is an object designated by the objective 42 is to be conjugated to the image plane 43. The object may at least partially mirror. With a beam splitter 44 is referred to that of the lamp 45 supplies light coming through the collector 46 and a gap 47 to the lens, so that on the object 41 at point 48 a split image is created Objectively shown on the cutting edge 49, behind which there are two photocells 50, 50 ', which, as shown in Fig. 1, via an amplifier to an adjustment device of the lens. This will automatically adjust the lens so that the slit image is sharply imaged on the object and at the same time the object to the Image plane 43 is exactly conjugated.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Device for focusing optical systems, characterized in that the light beam penetrating an optical system through a Means (8, 24-25, 31) is divided into two parts, such that the parting plane of the Parts contain the optical axis and that one along the optical axis is relative Foucault cutting edge is arranged measurably displaceable to the system, with which that point can be sought in which the cutting edge the brightness of the affects both parts in the same proportion, which is photoelectrically known in Way can be determined.

2. Apparatus according to claim l, characterized in that the cutting edge is set in oscillations transversely to the optical axis of the system and than in itself known modulator of light photocells, with which the brightness of the two is used Parts of the light bundle are compared in a manner known per se, the difference being or the quotient of the photocurrents versus the blade oscillation has a phase difference which becomes a minimum when the cutting edge is at the point of the narrowest radiation cut-off stands.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the difference or the quotient of the photocurrents is fed to an amplifier and that the phase of the amplifier output versus the phase of the blade vibration for adjustment of the optical system is used relative to the cutting edge.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that when not swinging edge and illumination of the lens through a moderately wide gap the alternating light is generated by a partially covering the lens opening, periodically moving diaphragm, and that it is fed to a photocell whose signals by their amplitude the position and by their phase with respect to the diaphragm movement indicate the direction of the deviation of the cutting edge from the image location.

5. Apparatus according to claim l, characterized in that longitudinally a polarizer can be adjusted relative to the optical axis of the system, which consists of two parts polarizing perpendicular to each other, their dividing line the optical axis intersects, and that the light penetrating the parts through one rotating polarizer is transformed into alternating light, which has two photocells is supplied, the photocurrents for setting the split polarizer in the Serve the focal plane.

6. Apparatus according to claim 1, characterized in that on a at least partially reflecting object by means of an incident light device the lens is designed with a slit image that passes through the lens onto Foucault's Cutting edge is mapped.

Considered publications: German Patent Specifications No. 709 954, 742 220, 961 767, 927 239; U.S. Patent No. 2,782,683; Natural science Rundschau 9 (1956), issue 2, Sun 68/692