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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Scharfeinstellung
und Qualitätsprüfung von Objektiven.
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Zum Scharfeinstellen optischer Systeme ist es z. B. bekannt, das
dieses System durchsetzende Lichtbündel z. B. durch ein Prisma in zwei Teile zu
zerlegen, so daß die Trennebene die optische Achse enthält, und eine längs der optischen
Achse relativ zum System meßbar verschiebliche Foucaultsche Schneide anzuordnen,
mit der die Stelle aufgesucht wird, in der die Schneide die Helligkeit der beiden
Teile in gleichem Verhältnis beeinflußt. Dies ist dann der Fall, wenn die Schneide
im Brennpunkt des Systems liegt. Derartige Anordnungen sind für Objektivprüfgeräte
von Bedeutung. Dabei sind Verfahren zur Bestimmung der Güte von Objektiven bekannt,
bei denen durch das zu prüfende Objektiv Strichgitter abgebildet werden und die
Lichtverteilung in dem erzeugten Gitterbild fotometrisch ausgewertet wird, wobei
diejenige Gitterkonstante bestimmt -wird, bei der in dem erzeugten Gitterbild das
Verhältnis der minimalen zur maximalen Intensität einen bestimmten Wert besitzt.
Diese Anordnungen eignen sich nicht zur automatischen Ausrichtung von Objektiven
und zur Qualitätsprüfung in einem Zuge mit Scharfeinstellung und Ausrichtung und
sind außerdem fertigungsmäßig aufwendig.
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Durch die USA.-Patentschrift 2792 748 ist eine Vorrichtung zur Scharfeinstellung
und Ausrichtung von Objektiven bekannt, bei der jedoch die Verschieberichtung nicht
automatisch steuerbar ist.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen,
welche zur automatischen Scharfeinstellung und Qualitätsprüfung von Objektiven in
einem Zuge brauchbar ist. Eine Vorrichtung, durch welche diese gestellte Aufgabe
gelöst wird, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Dachkante oder
Spitze eines symmetrisch zu dieser ausgebildeten Prismas in der optischen Achse
eines in einem Entfernungsmeß- und Steuerstrahlengang angeordneten Objektivs vorgesehen
ist und daß je brechende oder spiegelnde Fläche des optisch wirksamen Körpers zwei
Fotozellen vorgesehen sind, wobei bei Scharfstellung des Objektivs auf ein Testbild
sämtliche Fotozellen gleichmäßig, bei zu großer Entfernung des Testbildes nur je
eine Fotozelle und bei zu geringer Entfernung des Testbildes nur je die zweite Fotozelle
stärker beleuchtet wird. Dabei ist es zweckmäßig, daß der Steuerstrahlengang über
zwei weitere teildurchlässige Spiegel in zwei weitere zueinander senkrechte Teilstrahlengänge
aufgespalten wird, wobei in jedem dieser Teilstrahlengänge in der durch das Objektiv
und ein Mikro objektiv bedingten Schärfenebene des Bildes einer Blende eine rotierende
Gitterscheibe angeordnet ist, deren Gitterstreifen etwa die Breite der Blende aufweisen,
und wobei hinter jeder Gitterscheibe eine Fotozelle zur Messung des durch die Gitterscheiben
erzeugten Wechsellichts vorgesehen ist, und daß schließlich das Objektiv zur Prüfung
verschiedener Objektivzonen um seine optische Achse rotiert und gleichzeitig in
einer senkrecht zur optischen Achse verlaufenden Richtung verschiebbar ist, wobei
ein die Autokollimation bewirkender Tripelspiegel entsprechend der Verschiebung
des Objektivs schwenkbar ist. Die Fotozellen können dabei z. B. Elektromotoren zur
Scharfeinstellung des Objektivs auf das Testbild steuern.
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Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen näher erläutert, und zwar
zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung von
der Seite, F i g. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung
von oben, F i g. 3 eine schematische Darstellung eines Objektivprüfgerätes unter
Verwendung der Anordnung nach Fig. 1, F i g. 4 eine schematische Darstellung einer
anderen Ausgestaltung eines Objektivprüfgerätes unter Verwendung der Anordnung nach
F i g. 1, F i g. 5 Teile der Anordnung nach F i g. 4 in einer abgeänderten Form
und F i g. 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung eines Objektivprüfgerätes
unter Verwendung der Anordnung nach F i g. 1.
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Eine mögliche erfindungsgemäße Anordnung besteht gemäß den F i g.
1 und 2 aus einem Objektiv P, auf das ein von einem nicht dargestellten Gegenstand
ausgehender Lichtstrom trifft, aus einer Pyramide D aus durchsichtigem, lichtbrechendem
Stoff und aus je zwei Fotozellen Zl, 7i', Z2, Z2 s 73, Z3 X Z4, Z4 74', welche hinter
jeder der brechenden Fläche,, D2, D3, D4 der Pyramide D angeordnet sind. Die Spitze
der Pyramide D liegt auf der optischen Achse des Objektivs P. Liegt nun die Spitze
der Pyramide D genau in der der Entfernung des abzubildenden Gegenstandes entsprechenden
Bildebene des Objektivs P, dann erhält jede der insgesamt acht Fotozellen Zi bis
74' gleich viel Licht. Liegt die Bildebene jedoch nicht auf der Spitze der Pyramide
D, sondern davor, so erhalten die vier Fotozellen Zl, 72, Z3, Z4 mehr Licht als
die vier anderen Zellen Zl', Za'Z3', Z,'; liegt die Bildebene aber hinter der Spitze
der Pyramide D, so erhalten die vier Zellen Zl', Z2'Z3', 74' mehr (oder auch alles)
Licht als die Zellen Zl, Z2, Z3, Z4. Da sich die Bildebene mit der Gegenstandsebene
eines Gegenstandes bei Beibehaltung der Lage des Objektivs P, der Pyramide D und
der Fotozellen Zl bis 74' ändert, werden je nach der Entfernung, die ein Gegenstand
von dem Objektiv 1> hat, die Fotozellen 7i bis 74' unterschiedlich beleuchtet.
Über die Fotozellen 7i bis 74' können dann weitere Vorgänge gesteuert werden. Es
kann an die Stelle einer durchsichtigen, brechenden Pyramide D eine Pyramide mit
verspiegelten Pyramideuflächen D1 bis D4 treten, wobei die Fotozellen Zi bis 74'
im Reflexionsstrahlengang dieser Pyramidenilächen D1 bis D4 angeordnet sein müssen.
Auch kann unter Umständen an die Stelle der Pyramide ein Dachkantprisma treten,
wobei dann die Kante dieses Dachkantprismas in der optischen Achse des Objektivs
P liegen muß und für jede der beiden Seiten des Dachkantprismas zwei Fotozellen
Zi, Z,' Z2, Z,' vorgesehen sein müssen. Wenn es unter besonderen Umständen günstig
ist, können die Seiten des Dachkantprismas ebenfalls verspiegelt sein. Die Fotozellen
7i bis 74, bzw. Zu bis Z2t erhalten dann alle gleich viel Licht, wenn die Spitze
der Pyramide bzw. die Kante des Dachkantprismas in der der Entfernung eines Gegenstandes
entsprechenden Bildebene des Objektivs P liegt.
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In F i g. 3 ist die Anwendung der in den F i g. 1 und 2 gezeigten
Anordnung auf ein Objektivprüfgerät gezeigt. In der Brennebene des Objektivprüflings
wird als Testobjekt durch ein Mikro objektiv M ein stark verkleinertes Luftbild
einer von hinten mittels Lichtquelle L und Kondensor K beleuchteten, zunächst als
quadratisch angenommenen Blende B0 erzeugt. Der von dem Prüfling P aufgenommene
Lichtstrom des
Blendenbildes B tritt aus dem Objektiv P achsenparallel
aus, wird von einem Autokollimationsspiegel A, vorzugsweise einem achsensymmetrisch
angeordneten Tripelspiegel entsprechender Größe, in sich zurückgeworfen, ergibt
nach Wiederdurchtritt durch Objektiv P in dessen Brennpunkt ein Blendenbild B',
von dem wiederum Mikroobjektiv M ein Bild Bot entwirft, wobei sich je nach Justierung
und Korrektion des Prüflings P die Autokollimationsbilder B' mit B und B," mit Bo
mehr oder weniger genau decken. Ein Teil dieses Lichtstroms wird hinter dem Mikroobjektiv
M durch einen Lichtteilerspiegel T1 abgespalten und dient nach weiterer Aufspaltung
an den teildurchlässigen Spiegeln T2 und T3 zum Einjustieren und Prüfen des Objektivs
P.
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Zur automatischen Justierung des Prüflings P wird der an dem Spiegel
T2 abgespaltene Lichtstrom durch eine Sammellinse O in dem wiederum stark verkleinerten
Blendenbild B," zusammengefaßt. Dieses Bild liegt bei richtiger Justierung auf der
Kante eines Prismas D, das durch Reflexion oder Brechung den Lichtstrom in zwei
Teile aufspaltet und auf zwei Paare von Fotozellen Zl, Zl', Z2, 72' lenkt.
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Dann erhält jede dieser Zellen gleich viel Licht. Liegt das Luftbild
B," nicht auf der Kante, sondern etwas davor, so ergibt sich, daß das Zellenpaar
Zl Z2 mehr Licht als das Paar 1' 72' erhält; liegt das Bild B," hinter der Kante,
so erhält das Paar Zl'Za'mehr oder auch alles Licht. Da bei dieser Anordnung in
Autokollimation gearbeitet wird, kann ganz unabhängig vom Prüfling P und seiner
Lage zur optischen Achse allein durch axiale Verschiebung von Prüfling P das Luftbild
B' mit Bild B zur Deckung, d. h. Bild B in den Brennpunkt von Prüfling P gebracht
und damit der Prüfling auf unendlich scharf eingestellt werden.
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Dies geschieht automatisch durch Betätigen eines Servomotors E, dessen
Drehrichtung über einen Verstärker von den Fotozellen Zl, Z2 Zl'Z2'gesteuert wird.
Erhält das Zellenpaar Zl Z2 mehr Licht, so wird der Prüfling P auf das Mikroobjektiv
M zu bewegt, erhält Zellenpaar Zl'Z2'mehr Licht, wird Prüfling P von Mikroobjektiv
M entfernt, bis die beiden Paare gleich viel Licht erhalten, d. h. der Prüfling
P auf beste axiale Schärfe eingestellt ist.
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Ist dies geschehen, so folgt die Prüfung der optischen Qualität des
Prüflings P. Je besser diese ist, um so genauer deckt sich bei richtiger Justierung
das Autokollimationsbild Bo mit der Testblende B,, d. h., ein um so kleinerer Bruchteil
des zurückkehrenden Lichtstromes fällt auf die Umgebung der Testblende, statt wieder
durch sie hindurchzugehen. Die Größe dieses Bruchteils, d. h. des Verhältnisses
des danebenfallenden Lichtstromes zu dem wieder in die Fläche der Testblende zurückkehrenden,
dient in dieser Anordnung als Maß für die optische Qualität des Prüflings. Sie wird
bestimmt, indem das durch den Lichtteilerspiegel T1 abgespaltene, mit Bild B," in
der Lichtverteilung identische Testbild B2,, in folgender Weise ausgewertet wird:
In der Ebene dieser Bildes rotiert ein Gitter G1 aus Stegen und Spalten etwa der
gleichen Breite wie die Testblende B,. Bei optimaler Abbildung, d. h. Bild B," und
damit Bild B2,, ist gleich B,, kann dieses Bild durch die Stege ganz abgedeckt oder
durch die Schlitze ganz freigegeben werden, d. h., der Lichtstrom schwankt zwischen
Null und einem Maximalwert, er wird mit einer Frequenz, die sich aus der Zahl der
Stege und der Drehzahl ergibt, moduliert. Bei unscharfer Abbildung kann dieser Lichtstrom
nicht mehr
ganz unterbrochen bzw. ganz freigegeben werden, die Modulation ist schwächer.
Diese Lichtstromänderungen werden in dieser Anordnung durch Fotozellen Z,, Zs in
Spannungsänderungen übergeführt, die verstärkt und angezeigt werden können. Um von
Helligkeitsschwankungen des Testes Bo und vom Raumlicht unabhängig zu sein, wird
in dieser Anordnung dem Testlicht durch eine in der Nähe von Blende Bo oder Bild
B angeordnete Zerhackerscheibe S eine Grundfrequenz aufgeprägt, die beispielsweise
etwa zehnmal so hoch ist wie die der durch das Auswertgitter G1 erzeugten Modulation.
Auf dem Leuchtschirm eines hinter Fotozelle Zs und Verstärker V1 angeordneten Oszillografen
können die entstehenden Kurvenbilder betrachtet werden. An einem Kreuzspulinstrument
1l wird das Verhältnis der Amplitude der Modulationsfrequenz zu der der Grundfrequenz
nach Trennung der beiden Frequenzen angezeigt und dient als Maß für die Abbildungsqualität
des zu prüfenden Objektivs.
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Auf diese Weise kann ein jederzeit reproduzierbarer Grenzwert festgelegt
werden.
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Es soll nun weiterhin geprüft werden, ob in keinem Punkt des Bildfeldes
dieser Grenzwert unterschritten wird. Hierzu rotiert der Prüfling P um seine Achse
und wird gleichzeitig rechtwinklig zur Achse der gesamten Anordnung und parallel
zu dieser verschoben.
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Hierdurch wird die Ebene des Bildfeldes spiralig abgetastet.
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Damit auch außerhalb der Achse (das Mikroobjektiv M habe genügend
große, dem Bildwinkel des Prüflings P entsprechende Apertur) möglichst alles aus
dem Objektiv auf den Autokollimations-Tripelspiegel A fallende Licht wieder parallel
zur Einfallsrichtung in das Objektiv zurückgeworfen wird, muß der Spiegel A so dem
Prüfling nachgeführt werden, daß das Lichtbündel symmetrisch zur Spiegelspitze auftrifft
und wieder in sich reflektiert wird. Dies wird erreicht, wenn der Spiegel A um das
Luftbild B geschwenkt und in einer Ebene zwischen den Hauptebenen des Prüflings
geführt wird.
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Außerhalb der Bildfeldmitte ist außerdem wie bei der Testtafelprüfung
die radiale von der tangentialen Bildqualität getrennt zu prüfen. Hierfür ist über
Spiegel T3 ein Bild B3"ausgespiegelt, das durch ein zweites rotierendes Auswertgitter
G2 abgetastet wird.
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Auch hinter diesem Gitter ist eine Fotozelle Z, mit Verstärker V2
und Kreuzspulinstrument I2 angeordnet.
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Dann kann z. B. an Instrument I1 die tangentiale und an Instrument
12 die radiale Bildqualität in jedem Punkt des Bildfeldes abgelesen werden.
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Eine weitere mögliche Anordnung zur Objektivprüfung ist in F i g.
4 gezeigt. Als Test dient ein symmetrisch zur Systemachse liegender Pyramidenstumpf
mit einander parallelen quadratischen Grund- und Dachflächen, wobei die Dachfläche
die in F i g. 3 gezeigte quadratische Blende Bo bildet. Wie dort wird über das zu
prüfende Objektiv ein Autokollimationsbild Bot erzeugt, so daß je nach Korrektion
und Justierung des Prüflings ein mehr oder weniger großer Bruchteil des zurückkehrenden
Lichtstromes, statt die Dachfläche Bo zu durchtreten, auf die Seitenflächen des
Pyramidenstumpfes fällt.
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Zwischen Lichtquelle und Pyramidenstumpf ist ein Transparentspiegel
T2 angebracht, der den durch die Dachfläche Bo zurückkehrenden Lichtstrom auf eine
Fotozelle Z0 lenkt. Die Lichtströme, die auf die Seitenflächen der Pyramide fallen,
werden durch die Prismenwirkung oder bei verspiegelten Seitenflächen durch
Reflexion
aus der optischen Achse in vier Richtungen abgelenkt, wobei jeweils die von gegenüberliegenden
Seitenflächen kommenden Lichtströme auf je zwei miteinander gekoppelte Fotozellen
(77, Z7'Z8, 79') fallen.
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Auf diese Weise ist es möglich, ohne rotierende Gitterscheiben nicht
nur das Bildlicht vom Falschlicht sauber zu trennen, sondern auch gleichzeitig die
radiale und tangentiale Bildgüte zu kontrollieren, indem jeweils die aufeinander
gegenüberliegende Seitenflächen fallenden Falsch-Lichtströme mit dem die Dachfläche
durchtretenden Bildlichtstrom elektrisch verglichen und die beiden Verhältniswerte
angezeigt werden. Gemäß F i g. 5 ist es auch möglich, die Fotozellen nicht seitlich
oder hinter dem die Blende Bo umfassenden Pyramidenstumpf anzubringen, sondern auf
jeder Seite des Pyramidenstumpfes eine Fotozelle Z9, 79', Z10, Zlot in unmittelbarer
Nähe der Blendenöffnung Bo vorzusehen.
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In F i g. 6 ist eine weitere Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen
Anordnung nach F i g. 1 zur Objektivprüfung gezeigt, wobei hier nicht mit Autokollimation
gearbeitet wird, sondern an die Stelle des Autokollimationsprismas ein Pyramidenstumpf
D tritt. Dieser Pyramidenstumpf D ist ähnlich wie die Pyramidenspitze oder die Kante
eines Dachkantprismas zur automatischen Scharfeinstellung und Zentrierung geeignet.
Nur fällt der größte Teil des Lichtes, das bei den anderen Ausgestaltungen nach
erfolgter Scharfstellung und Zentrierung gleichmäßig auf die vier Zellenpaare Zl
Zl', 72 72', Z3Z3', Z4Z4' verteilt war, nicht mehr auf diese Zellen, sondern durch
die Dachfläche des Pyramidenstumpfes, was sogar eine Empfindlichkeitssteigerung
für die Scharfstellung und Zentrierung bedeuten kann.
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Mit einem solchen Pyramidenstumpf, der natürlich auch eine außen
spiegelnder, innen geschwärzter Hohlkörper sein könnte, kann man also zunächst justieren
und dann prüfen, wobei bei gestreckter Anordnung - als Testobjekt dient eine quadratische
Blende B -für beides der gesamte Lichtstrom genutzt wird, so daß kein Lichtteilerspiegel
erforderlich ist. Das Objektiv P ist auf unendlich scharf eingestellt, wenn alle
Fotozellen Zu bis 74' gleich viel Licht erhalten. Bei der Qualitätsprüfung der einzelnen
Objektivzonen ist dann das Verhältnis des durch die Zellen Z1, Z1', Z2, 2 und 73,
Z3', Z4, 74' erzeugten Stromes zu dem durch die Zellen, erzeugten Strom maßgebend.
In sämtlichen Figuren sind im übrigen funktionsmäßig gleiche Teile mit gleichen
Bezugsziffern versehen.
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Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Scharfeinstellung und Qualitätsprüfung
von Objektiven, d a d u r c h g ekennzeichnet, daß die Dachkante oder Spitze eines
symmetrisch zu dieser ausgebildeten Primsas (D) in der optischen Achse eines in
einem Steuerstrahlengang angeordneten Objektivs (P) vorgesehen ist und daß je brechende
oder spiegelnde Fläche (D1, D2, D3, D4) des optisch wirksamen Körpers (D) zwei Fotozellen
(7i, Zl, Z2, 73', Z3, Z3', Z4, Z4') vorgesehen sind, wobei bei Scharfstellung des
Objektivs (P) auf ein Testbild (B) sämtliche Fotozellen (Z1,Z1',Z2,Z2',Z3,Z3',Z4,Z4')
gleichmäßig, bei zu großer Entfernung des Testbildes (B) nur je eine Fotozelle (7i'
73, Z3, Z4) und bei zu geringer Entfernung des Testbildes (B) nur je die zweite
Fotozelle (Z1', Z2E Z3t, Z4t) stärker beleuchtet werden.