DE2159820A1

DE2159820A1 - Automatische Fokussiervornchtung

Info

Publication number: DE2159820A1
Application number: DE19712159820
Authority: DE
Inventors: Mitsuji Gonda Tsunemi Tsuruta Tadao Tokio P Kishi
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1970-12-04
Filing date: 1971-12-02
Publication date: 1972-06-22
Also published as: GB1368819A; IT945236B; CH531729A; FR2116550A1

Description

Nippon Kogaku K. K. Case 165

Tokyo, Japan

Automatische Fokussiervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine automatische Fokussiervorrichtung zur Verwendung in verschiedenen optischen Instrumenten, wie Linsenmeßgeräten zum Messen von Linsendioptrien, und sie betrifft besonders eine solche Fokussiervorrichtung, in welcher eine mit einem Loch oder einem Schlitz versehene Musterscheibe beleuchtet wird (im Fall eines Linsenmeßgerätes z. B. durch eine Probelinse, deren Dioptrie zu messen ist), um dadurch die Löcher oder den Schlitz der Musterplatte in einer vorbestimmten Stelle zu fokussieren.

Bei den verschiedenen optischen Instrumenten, wie Linsenmeßgeräten und dergleichen, ist es wohlbekannt, eine mit einem Loch oder einem Schlitz versehene Musterplatte zu beleuchten (im Falle eines Linsenmeßgerätes durch eine Probelinse, deren Dioptrie zu messen ist), um das Loch oder den Schlitz der Musterplatte an eine vorbestimmte Stelle zu fokussieren. Bei dieser bekannten Anordnung wird ein Betrachter benötigt, um das Bild der Löcher oder des Schlitzes

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mit seinera Auge durch ein Okular zu beobachten und eine Stelle zu finden, wo das Bild in der Fokussierebene am klarsten gesehen wird, wobei die Musterplatte längs der optischen Achse manuell verschoben wird. Eine solche herkömmliche Anordnung hat Nachteile, wie sie im folgenden aufgezählt werden:

(1) Der Beobachter muß in diesem Arbeitsvorgang erfahren sein.

(2) die Meßgenauigkeit ist nicht frei von persönlichen Einflüssen.

(3) eine langdauernde Beobachtung zur Messung ist für einen Beobachter wegen seiner physischen Ermüdung schwierig.

(4) es ist eine Vorjustierung nötig, um eine Coincidenc zu erreichen zwischen der Stelle, bei welcher das Bild des Musterplattenschlitzes abgebildet wird und dem Fokus sierpunkt des Oku-

lars.

Mit der vorliegenden Erfindung sollen alle diese Nachteile ausgeschlossen werden. Es soll eine Vorrichtung zum automatischen Fokussieren des Bildes eines Loches oder eines

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Schlitzes an einer vorbestimmten Stelle geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Kombinationsmerkmale gelöst:

eine Lichtquelle; mindestens eine durch die Lichtquelle beleuchtete und zur Festlegung der Form der Lichtquelle mit einer Öffnung versehene Musterplatte (target ); ein optisches Abbildungssystem zum Erzeugen eines durch die Musterplattenöffnung in seiner Form festgelegten liichtquellenbildes; eine Lichtsteuersignal-Erzeugungseinrichtung mit einer ersten und einer zweiten, für eine gemeinsame Drehung auf der Bildseite des optischen Abb ildungs systems angeordnete Drehscheibe, wobei die Drehscheiben zu einander parallel sind, in Richtung der optischen Achse des optischen Abb ildungs systems einen vorbestimmten Abstand von einander haben, und mit einem Lichtsteuerteil versehen sind, und bei Drehung beider Drehscheiben beim Auftreffen des Lichtquellenbildes auf den Lichtsteuer teil der ersten oder zweiten Drehscheibe jeweils ein Lichtsteuersignal erzeugt wird; einen von den Lichtsteuersignalen beaufschlagten fotoelektrisch«!! Wandler, der entsprechende elektrische Steuersignale abgibt; eine Bezugssigiial-Erzeugimgseinriehtung

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BAD OFUGSNAL

zur Erzeugung eines zum elektrischen Steuersignal synchronen Bezugssignals; eine Phasendifferenz-Meßeinrichtung zum Messen der Phasendifferenz zwischen den Steuersignalen und dem Bezugssignal, und zur Erzeugung eines Ausgangs signals entsprechend der Phasendifferenz, falls die durch die Lichtsteuerteile der Drehscheiben jeweils erzeugten Lichtsteuersignale ungleiche Ampitude habenj und eine Servo Antriebsanordnung zum Erzeugen einer RelatiwerSchiebung zwischen der Musterplatte und den beiden Drehscheiben oder dem optischen Abbildungssystem entsprechend dem Ausgangs signal der Phasendifferenz - Meßeinrichtung, derart, daß das Lichtquellenbild an einer Stelle zwischen den Drehscheiben erzeugt wird, in der sich gleiche Amplituden für beide Lichtsteuersignale ergeben.

Die obigen Ziele, weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich nach der folgenden ausführlichen Erläuterung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer optischen Linsenmeßgerätanordnung, bei welcher eine herkömmliche Fokussieranordnung

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verwendet wird;

Fig. 1 (a) eine Draufsicht auf die Musterplatte (target) von Fig. 1;

Fig. 1 (b) eine Draufsicht auf die Visiermattscheibe von Fig. 1;

Fig. 2 die schematische Darstellung eines er-

» findungsgemäßen Ausführungsbeispieles der automatischen Fokussiervorrichtung;

Fig. 2 (a) eine Draufsicht auf die Musterplatte von Fig. 2;

Fig. 3 (a), (b), (c) und (d) teilweise vergrößerte Details der optischen Anordnung in Fig. 2;

Fig. 4 eine vergrößerte Schrägansicht eines Tei

les der optischen Anordnung in Fig. 2;

Fig. 5 (a), (b) und (c) das Prinzip, welchem die automatische Fokus siervorrichtung der vorliegenden Erfindung unterliegt;

Fig. 6 (a), (b) und (c) die Steuersignal Schwingungsformen entsprechend den Fig, 5a, b und c;

Fig. 6 (a*) und (c*) die Signal-Schwingungs formen,

welche sich durch Demudulatxon und Abstimm-Verstärkung der in den Fig. 6 (a)

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und (b) gezeigten Steuersignale ergeben.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird das Linsenmeßgerät, zu welchem die herkömmliche Fokussieranordnung verwendet wird, näher beschrieben. Eine Lichtquelle 1 dient zur Beleuchtung einer Musterplatte 2, welche mit Löchern 2a ausgebildet ist (Fig. la). Das Bild der Löcher 2a kann durch eine optische Abbildungsanordnung 3-5 mit einer darin eingefügten Probelinse 4 auf einer Visiermattscheibe 6 gebildet werden. Die Visiermattscheibe 6, auf welcher das Bild der Löcher 2a gebildet ist, kann durch ein Okular 8 mit dem Auge 9 eines Betrachters beobachtet werden. Dieses Linsenmeßgerät ist demnach von der Art, bei welcher der Beobachter die Musterplatte 2 manuell längs der optischen Achse bewegt, währender die Visiermattscheibe 6 mit seinem Auge 9 beobachtet, bis er eine Stellung findet, bei welcher das Bild der Löcher 2a am klarsten auf der Visiermattscheibe 6 zu sehen ist, worauf er die Musterplatte 2 in dieser Stellung anhält und dadurch die Löcher 2a auf die Visiermattscheibe 6 fokussiert. Ih einem Linsenmeßgerät dieser Art muß vor der Messung die Lage-Visiermattscheibe 6 relativ zu dem Okular 8 justiert werden, so daß ein Fadenkreuz 7 (Fig. Ib) klar zu sehen ist, welches in der

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Visiermattscheibe 6 gebildet ist.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 2-6 die erfindungsgemäße automatische Fokussiervorrichtung unter der Annahme beschrieben, daß eine in Fig. 2 gezeigte Probelinse nicht vorhanden ist. In. Fig. 2 beleuchtet eine Lichtquelle 17 eine mit einem Schlitz 18 b(Fig. 2 (a) ) versehene Musterplatte. Linsen 19 und 2o sind zur Schaffung eines optischen Abbildungssystems 22 angeordnet, um das Bild des Schlitzes 18 b atvzu^bilden. Weiterhin ist ein paar Drehscheiben 11 und 12 vorgesehen. Die Drehscheibe 11, welche ausführlicher in Fig. 3 (a) gezeigt ist, weist zwei Hälften mit einer Mittellinie 13 als Grenze auf. Wie in der Fig. zu sehen ist, stellt die rechte Hälfte einen Skalenteil dar, der eine fortlaufende, abwechselnde Anordnung im gleichen Abstand angeordneter undurchsichtiger Abschnitte 11 a und durchsichtige Abschnitte 11 b aufweist, und einen undurchsichtigen Umfangteil lic, während die linke Hälfte lediglich einen durchsichtigen Teil 11b aufweist. Die Andere, in Fig. 3 (b) gezeigte Drehscheibe 12 weist ebenso zwei Hälften mit einer Mittellinie 14 als Grenze auf. Wie in der Fig. zu sehen ist, enthält die rechte Hälfte der Drehscheibe 12 lediglich einen durchsichtigen

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Teil 12 b, während die linke Hälfte einen Skalenteil enthält, welcher eine fortlaufende, abwechselde Anordnung von im gleichen Abstand angebrachten undurchsichtigen Abschnitten 12 a und durchsichtigen Abschnitten 12 b aufweist. Wie weiterhin in Fig. 3 (c) und 3 (d) gezeigt ist, sind die zwei Drehscheiben 11 und 12 durch einen Abstandsring 15 so miteinander befestigt, daß ihre jeweiligen Mittellt-oiien 13 und 14 parallel sind und exakt miteinander fluchten. Die Drehscheiben 11, 12 und der Abstandsring 15 bilden zusammen ein Drehglied 16.

Wie aus Fig. 4 zu sehen ist, ist das Drehglied 16 zur Drehung an einer Welle 23 befestigt, welche direkt von einem Elektromotor 24 angetrieben wird. Das optische Abbildungssystem 22 ist bezüglich des Drehgliedes 16 so angeordnet, das sichergestellt wird, daß die optische Achse des optischen Abbildungssystems 22 auf dem kreisenden Ort der undurchsichtigen Abschnitte 11a und 12 a der Drehscheiben 11 und 12 zu liegen kommt. Eine Sammellinse 27 ist dafür vorgesehen, daß von optischen Abbildungssystem 22 abgebildete Licht auf einen fotoelektrischen Wandler zu richten.

Kehrt man nun wieder zu Fig. 2 und 4 zurück, so ist eine

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zweite Lichtquelle 25 und ein zweiter fotoelektrischer Wandler 26 zur Aufnahme des Lichtes von der zweiten Lichtquelle 25 vorgesehen. Die zweite Lichtquelle 25 und der zweite foto elektrische Wandler 26 befinden sich bezüglich des Drehgliedes 16 in einer solchen Position, daß der optische Weg zwischen der zweiten Lichtquelle 25 und dem zweiten fotoelektrischen Wandler 26 (z. B. ein Fototransistor) immer auf dem kreisenden Ort des undurchsichtigen Umfangsteils lic der Drehscheibe 11 liegt,, und dasjrder Schnittpunkt zwischen diesem optischen Weg und der Drehscheibe 11 und der Schnittpunkt zwischen der optischen Achse des optischen Abbildungssystems und der Drehscheibe 11 bezüglich des Mittelpunktes der Drehscheibe 11 zu einander symmetrisch liegen. Wenn sich das Drehglied 16 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit und einer vorbestimmten Richtung dreht, erzeugt dem-gemäß der zweite fotoelektrische Wandler 26 eine Bezugssignal^chwingungsform, in welcher EIN - und AUS- Zustände bei jeder Drehung um 180 abwechselnd wiederkehren, wie in Fig. 6 (d) gezeigt ist.

Der fotoelektrische Wandler 28 ist zur Erzeugung solcher Steuersignal-Schwingungsformen angeordnet, wie sie in

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Fig. 6 (a), (b) und (c) gezeigt sind. Die besonderen Fälle, bei denen diese jeweiligen Ausgangssignal'Schwingungsformen erzeugt werden, wird im folgenden beschrieben.

Das durch den zweiten fotoelektrischen Wandler 26 erzeugte Bezugssignal der Fig. 6 (d) kann durch einen Bezugssignalverstärker 30 verstärkt und anschließend einem Phasendifferenzmesser 31 zu/geführt werden. Andererseits können die durch den fotoelektrischen Wandler 28 erzeugten Steuersignale der Fig. 6 (a), (b) und (c) einem Steuersignalverstärker 29 zu geführt werden, wo Frequenzkomponenten der Periodendauer T^ λ 1. von solchen Steuersignalen gebildet werden, während diese Steuersignale in Schwingungsformen gemäß den Fig. 6 (a*), (b*) und (c*) umgewandelt werden, welche ebenfalls verstärkt werden. Der Phasendifferenzmesser 31 kann die Phasendifferenz zwischen den Steuersignalen der Fig. 6 (a*), (b*) und (c*) von dem Steuersignalverstärker 29 und dem Bezugs signal der Fig. 6 (d) von dem Bezugssignalverstärker 30 genau messen und Ausgangs signale entsprechend solchen Phasendifferenzen erzeugen. Anders ausgedrückt ist der Phasendifferenzmesser 31 so aufgebaut, daß er eine positive Spannung als Ausgangs signal erzeugt, wenn er

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BAD

das Steuersignal der Fig 6 (c*) und das Referenzsignal der Fig. 6 (d) in derselben Phase empfängt, daß er eine negative Spannung als Aus gangs signal erzeugt, wenn er solche Kontroll- und Bezugs signale in entgegengesetzter Phase empfängt, und daß er eine Spannung Null als Ausgangssignal erzeugt, wenn er das Steuersignal der Fig. 6 (b) und das Referenzsignal der Fig. 6 (d^ empfängt. Das Ausgangssignal des Phasendifferenzmessers 31 wird einem Servoverstärker 32 zugeführt, um ein solches Aus gangs signal auf eine Größe zu verstärken, die zum Treiben einer Servo-Antriebs anordnung 33 ausreichend ist. Die Servo-Antriebs anordnung 33 bewirkt dafc Antreiben der Musterplatte 18 entlang ihrer optischen Achse nach links oder nach rechts entsprechend dem Ausgangssignal, welches von dem Phasendifferenzmesser 31 über den Servo verstärker 32 zugeführt wird. Die Servo-Antriebs anordnung 33 ist so aufgebaut, daß sie die Musterplatte 18 nach links bewegt, wenn sie eine positive Spannung als Ausgangs signal von dem Phasendifferenzmesser 31 erhält, und daß sie die Musterplatte nach rechts bewegt, wenn sie eine negative Spannung als Ausgangssignal erhält, und daß sie die Musterplatte überhaupt nicht bewegt, wenn sie eine Null-Spannung als Ausgangssignal erhält.

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— J. £ ■—

Das Arbeiten der automatischen Fokus siebvorrichtung, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, wird nun unter ,Bezugnahme auf die Fig. 2,4, 5 und 6 beschrieben. Zunächst ist im Fall der Fig. 5 (a), wo das Bild des Schlitzes 18 b durch das optische Abbildungssystem 22 in eine Ebene abgebildet ist, die näher an der Drehscheibe 11 als an der Drehscheibe 12 liegt, die Lichtmenge, welche von dem optischen Abbildungssystem 22 durch den fortlaufenden Skalenteil der Drehscheibe 12 mit den undurchsichtigen und durchsichtigen Abschnitten 12 a und 12 b gelangt ist, kleiner als die Lichtmenge, welche von demselben optischen Abbildungssystem 22 durch den fortlaufenden Skalenteil der Drehscheibe 11 mit den undurchsichtigen und durchsichtigen Abschnitten 11 a und 11b gelangt ist. In diesem Fall, wenn das Drehglied 16 durch den Elektromotor 24 mit einer vorherbestimmten Geschwindigkeit und in der Richtung des Fig. 4 gezeigten Pfeiles gedreht wird, wird zur Vereinfachung der Beschreibung angenommen, daß in Fig. 4 die Drehung des Drehgliedes 16 bei einer Bezugsstellung beginnt, bei der die Mittellinie 13 der Drehscheibe 11 die optische Achse des optischen Abbildungssystemes 22 und demgemäß den optischen Weg zwischen der zweiten Lichtquelle 25 und" dem zweiten fotoelektrischen Wandler 26 schneidet. Dann

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gelangen die Bildlichtstrahlen von dem optischen Abbildungssystem 22 durch den durchsichtigen Teil 12 b der Drehscheibe 12 und den fortlaufenden Skalenteil der Drehseheibe 11 und !weiterhin durch die Sammellinse 27 zu dem fotoelektrischen Wandler 28., während das Drehglied 16 sich von seiner Bezugsstellung aus um 180 dreht. Folglich erzeugt der "totoelektrische Wandler 28., wie in Fig. (a) gezeigt ist, einen Impuls (a ) mit einer Amplitude, die der Menge des durch den fortlaufenden Skalenteil der Drehscheibe 11 gelangten Lichtes entspricht. Während das Drehglied 16 um weitere 180 gedreht wird., gelangt das Bildlicht von dem optischen Abbildungssystem 22 durch den fortlaufenden Skalenteil der Drehscheibe 12 und den durchsichtigen Teil der Drehscheibe 11 und weiterhin durch die Sammellinse 27 zu dem fotoelektrischen Wandler 28. Somit erzeugt der fotoelektrische Wandler 28 einen Impuls (a ), dessen Amplitude der Menge des

al

Lichtes entspricht, welches durch den zusammenhängenden Skalenteil der Drehscheibe 12 gelangt ist, und die kleiner ist als die Amplitude des vorher erwähnten Impulses (a ). Während das Drehglied 16 fortfährt sich zu drehen, wird ein Steuersignal mit der in Fig. 6 (a) gezeigten Schwingungsform erzeugt.

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Während der ersten Drehung des Drehgliedes 16 von seiner Bezugsstellung aus um 180 gelangen andererseits die Lichtstrahlen von der zweiten Lichtquelle 25 durch die durchsichtigen Teile 12 b und 11 b der Drehscheiben 12 und 11 zudem zweiten fotoelektrischen Wandler 26. Als Folge davon schaltet der zweite fotoelektrische Wandler 26 ein und erzeugt ein Aus gangs signal (d.), wie in Fig. 6 (d) gezeigt. Während sich das Drehglied 16 um weitere 180 dreht, wird das Licht von der zweiten Lichtquelle 25 durch den undurchsichtigen Teil lic der Drehscheibe 11 aufgefangen. Demzufolge schaltet der zweite fotoelektrische Wandler 26 ab und erzeugt kein Ausgangssignal, wie durch (d ) in Fig. 6 (d) gezeigt ist. Solange sich das Drehglied 16 dreht, erzeugt der zweite fotoelektrische Wandler 26 ein Bezugssignal mit der in Fig. 6 (d) gezeigten Schwingungsform.

Umgekehrt ist im Fall der Fig. 5 (c), wo das Bild des Schlitzes 18 b in einer Ebene abgebildet wird, die näher an der Drehscheibe 12 als an der Drehscheibe 11 liegt, die Menge des Bildlichtes, welches durch den fortlaufenden Skalenteil der Drehscheibe 12 gelangt ist, größer als die Lichtmenge, welche durch den fortlaufenden Skalenteil der Dreh-

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scheibe 11 gelangt ist. Das heißt mit anderen Worten, während das Drehglied 16 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit und in der Richtung des Pfeiles aus seiner Bezugsstellung um 180 gedreht wird, erzeugt der fotoelektrische Wandler 28 einen Impuls (C₁), wie in Fig. 6 (c) gezeigt ist. Während einer weiteren Drehung des Drehgliedes 16 um 18o erzeugt der fotoelektrische Wandler 28 einen Impuls (c~), der eine größere Amplitude als der vorhergenannte Impuls (C₁) aufweist. Somit ergibt eine fortgesetzte Drehung des Drehgliedes 16 die Erzeugung eines Steuersignals mit der in Fig. 6 (c) gezeigten Schwingungsform. In diesem Fall wird wiederum gleichzeitig mit diesem Steuersignal durch den zweiten fotoelektrischen Wandler 26 ein Bezugssignal erzeugt, das in Fig. 6 (d) gezeigt ist.

Im Fall der Fig. 5 (b), wo das Bild des Schlitzes 18 b genau im Mittelpunkt zwischen den beiden Drehscheiben 12 und 11 abgebildet wird, ist die Menge des Bildlichtes, welches durch den fortlaufenden Skalenteil der Drehscheibe 12 gelangt, gleich der Bildlichtmenge, welche durch den fortlaufenden Skalenteil der Drehscheibe 11 gelangt. Während das Drehglied mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in der Richtung des Teiles gedreht wird, erzeugt

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demzufolge der fotoelektrische Wandler 28 ein Steuersignal mit gleichmäßiger Amplitude, wie in Fig. 6 (b) gezeigt ist.

In der erfindungsgemäßen automatischen Fokussiervorrichtung ist die Abbildung in die Mittelpunktslage., wie in Fig. 5 (b) gezeigt ist, die ideale Äbbildungslage des Schlitzes 18 b. Wie der Schlitz 18 b in eine solche Stelle fokussiert wird, wird im folgenden erläutert. Wenn das Steuersignal entsprechend Fig. 6 (a) erzeugt worden ist, wird dieses Steuersignal durch den Steuersignalverstärker 29 in eine Schwingungsform gemäß Fig. 6 (a*) umgewandelt und anschließend dem Phasendifferenzmesser 31 zugeführt. Zur selben Zeit gelangt das in. Fig. 6 (d) gezeigte Bezugssignal durch den Be zugssignalver stärker 30 zum Phasendifferenzmesser 31. Da sich das Steuersignal der Fig. 6 (a*) in seiner Phase nicht von dem Bezugssignal der Fig. 6 (d) unterscheidet, erzeugt der Phasendifferenzmesser 31 gemäß der Phasendifferenz Null eine positive Spannung als Ausgangs signal und führt sie über den Servoverstärkerr32 der Servo-Antriebsanordnung 33 zu. Demzufolge bewegt die Servo-Antriebsanordnung 33 die Musterplatte 18 nach hinten (oder nach links), um

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das Bild des Schlitzes 18 in die in Fig. 5 (b) dargestellte Lage zu bringen. Als Folge davon erzeugt der fotoelektrische "Wandler 28 ein Steuersignal entsprechend Fig. .6 ib)₃ wodurch die Servo-Antriebsanordnung angehalten wird.

Tn dem. Fall, in dem durch den fotoelektrischen Wandler 28 das in Fig. 8 (c) gezeigte Steuersignal hervorgebracht wird, erzeugt der Phasendifferenzmesser 31 eine negative Spannung als Ausgangs signal und fuhrt sie über den Servoverstärker 32 der Servo-Antriebsanordnung 33 zu. Demgemäß bewegt die Servo-Antriebs Ordnung 33 die Musterplatte 18 nach vorne (oder nach rechts), um das Bild des Schlitzes 18 b in die in Fig. 6 (b) gezeigten Lage zu bringen. Als Folge davon erzeugt der fotoelektrische Wandler 28 ein Steu-

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ersignal gemäß Fig. 6 (b)j und durch die Servo-Antriebsanordnung 33 angehalten wird.

Auf diesem Weg steuert das Steuersignal, wie es in den Fig. 6 (a) bis 6 (c) gezeigt ist, die Servo-Antriebsanordnung 33, so daß das Bild des Schlitzes 18 b immer in die in Fig. (b) gezeigte Lage abgebildet wird.

Im folgenden wird eine Anwendung der obenerläuterten

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automatischen Fokussiervorrichtung im Hinblick auf ein Linsenmeßgerät beschrieben, wobei eine Probelinse 21 zwischen den Linsen 19 und 20 angeordnet ist, welche das optische Abbildungssystem der automatischen Fokussiervorrichtung bilden.

lh Fig. 2 ist zunächst eine Bezugslinse mit einer Dioptrie als Linse 21 angeordnet. Der Punkt, an welchem die Musterplatte 18 liegt, wenn das Bild des Schlitzes 18 b unter Steuerung der automatischen Fokussiervorrichtung im Mittelpunkt zwischen den Drehscheiben 11 und 12 erscheint, wie in Fig. 5 (b) gezeigt ist, wird als Nullpunkt bezüglich der einen Dioptrie der Bezugslinse festgesetzt. Darauffolgend wird die Bezugslinse durch eine Probelinse, deren Dioptrie gemessen werden soll, ersetzt und mit der einen Dioptrie der Bezugslinse verglichen. Dadurch, daß man den Abstand zwischen den obengenannten Bezugspunkt und dem Punkt kennt, an dem sich die Musterplatte 18 befindet, wenn das Bild des Schlitzes 18 b unter Steuerung der automatischen Fokussiervorrichtung im Mittelpunkt zwischen den Drehscheiben 11 und 12 erscheint, wie in Fig. 5 (b) gezeigt ist, kann der Fehler der Probelinse durch Bezug auf die Bezugslinse mit der einen Dioptrie bestimmt

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Während im vorhergehenden Ausfiihrungsbeispiel die Skalenteile der Drehscheiben mit durchsichtigen Abschnitten 11 b, 12 b und undurchsichtigen Abschnitten 11 a, 12 a gezeigt worden sind, und das Bildlicht als von dem optischen Abbildungssystem durch die durchsichtigen Abschnitte der Skalenteile zu dem fotoelektrischen Wandler 28 gelangend beschrieben worden ist, ist es ebenso möglich, jede Drehscheibe in eine Vielzahl von Sektoren aufzuteilen, welche einen durchsichtigen Teil und einen Skalenteil mit abwechselnd durchsichtigen und undurchsichtigen Abschnitten aufweisen. Es ist weiterhin möglich, Spiegelteile anstatt der durchsichtigen Abschnitte zu verwenden und das Drehglied 16 bezüglich der optischen Achsen zu neigen, so daß das Bildlicht durch die Spiegelteile reflektiert wird, um den fotoelektrischen Wandler 28 zu erreichen.

Desweiteren bewegt bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel die Servo-Antriebs anordnung 33 die Musterplatte 18 entlang der optischen Achse, während es ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt, das Drehglied 16 oder das optische Abbildungssystem 19-20 durch die Servo-Antriebs anordnung bewegen zu lassen.

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Wenn auch eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben worden ist, ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf eine solche Ausführungsform beschränkt, sondern ist lediglich durch die nachfolgenden Ansprüche begrenzt.

Wie aus der obigen Beschreibung zu ersehen ist, sieht die vorliegende Erfindung eine automatische Fokussiervorrichtung vor, welche die folgenden großen industrieiillen Werte hat:

(1) hohe Empfindlichkeit und hohe Genauigkeit. Zum Beispiel wurde für Linsen bis zu η lü einciFdlötissiergenauigkeit innerhalb - 0, 005 Dioptrien erreicht, und zwar durch Verwendung einer abgestuften Ska^lenanordnung, welche Skalenscheiben, 11 und 12 mit einem Abstand von 10 mm voneinander aufweist und zusammenhängende Skalen mit einer Abstandshäufigkeit von 10 Linien pro mm hat; die Berechnung erfolgte in Bezug auf die Musterplattenstellung. (2) einfache Aufbau und mechanische Stabilität,

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(3) Fähigkeit für stabilen Langzeitbetrieb.

(4) unbeeinflußt durch irgendeine Änderung in den Eigenschaften der Demudulator-Bauelemente^ da die Messung auf der
Phasendifferenzm.essung beruht.

(5) nahezu älterungsfrei.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Automatische Fokussiervorrichtung, gekennzeichnet durch folgende Kombinationsmerkmale:

eine Lichtquelle (17);

mindestens eine durch die Lichtquelle (17) beleuchtete und zur Festlegung der Form der Lichtquelle (17) mit einer Öffnung (18 b) versehene Musterplatte (target) (18)j

ein optisches Abbildungssystem (22) zum Erzeugen eines durch die Musterplattenöffnung (18 b) in seiner Form festgelegten Lichtquellenbildes;

eine Lichtsteuersignal-Erzeugungseinrichtung mit einer ersten und einer zweiten, für eine gemeinsame Drehung auf der Bildseite des optischen Abbildungs systems (22) angeordneten Drehscheibe (12, 11)

wobei die Drehscheiben (12, 11) zueinander parallel sind, in Richtung der optischen Achse des optischen Abbildungssystems (22) einen vorbestimmten Abstand von einander haben und je mit einem Lichtsteuerteil (12 a, lla)

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versehen sind,

und bei Drehung beider Drehscheiben (12, 11) beim Auftreffen des Lichtquellenbildes auf den Lichtsteuerteü (12 a, 11 a) der ersten oder zweiten Drehscheibe (12, 11) jeweils ein Lichtsteuersignal erzeugt wird;

einen von den Lichtsteuersignalen beaufschlagten fotoelektrischen Wandler (28), der entsprechende elektrische Steuersignale abgibt;

eine Bezugssignal-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines zum elektrischen Steuersignal synchronen Bezugssignals;

eine Phasendifferenz-Messeinrichtung (31) zum Messen der Phasendifferenz zwischen den Steuersignalen und dem Bezugssignal,

und zur Erzeugung eines Ausgangs signals entsprechend der Phasendifferenz, falls die durch die Lichtsteuerteile der Drehscheibe (12) beziehungsweise der Drehscheibe (11) jeweils erzeugten Lichtsteuersignale ungleiche Ampätude haben;

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und eine Servo-Antriebsanordnung (33) zum Erzeugen
einer Relativverschiebung zwischen der Musterplatte
(18) und den beiden Drehscheiben (12, 11) oder dem
optischen Abbildungssystem (22) entsprechend dem Ausgangssignal der Phasendifferenz -Messeinrichtung (31)
derart, daß das Lichtquellenbild an einer Stelle zwischen den Drehscheiben (12, 11) erzeugt wird, in der sich
gleiche Amplituden für beide Lichtsteuersignale ergeben.
2. Automatische Fokussiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die erste Drehscheibe (12) in eine Mehrzahl von
Sektoren mit einem durchsichtigen Teil und einem als Licht-Steuerteil vorgesehenen skalenartigen Teil aufgeteilt ist,

daß der skalenartige Teil lichtdurchlässige Abschnitte
(12 b) und lichtundurchlässige Abschnitte (12 a) aufweist, die abwechselnd und in gleichmäßigem Abstand auf einem Kreisumfang angeordnet sind,

daß die zweite Drehscheibe (11) den gleichen skalenartigen

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Teil und den gleichen lichtdurchlässigen Teil aufweist wie die erste Drehscheibe (12), ·

daß sich der lichtdurchlässige Teil der einen Drehscheibe (12) und der skalenartige Teil der je anderen Drehscheibe (11) einander gegenüberstehen.
3. Automatische Fokussiervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Drehscheiben (12, 11) in zwei Sektoren aufgeteilt ist.
4. Automatische Fokussiervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der ersten und zweiten Drehscheibe (12* 11) vorgesehenen lichtdurchlässigen Abschnitte (12 b, 11 b) gleiche Umfangsbreite aufweisen.
5. Automatische Fokussiervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugssignal-Erzeugungseinrichtung eine undurchsichtige Zone längs des gesamten Skalenteilumfanges oder längs des gesamten Umfanges des durchsichtigen Teiles einer der Drehscheiben (12, 11) aufweist, und daß die solcher Art gebildete Sektorenblende zwischen einer zweiten Lichtquelle (25) und einem von

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dieser beaufschlagten zweiten fotoelektrischen Wandler (26) gelegen ist, wodurch die Phasendifferenz-Messeinrichtung ein Ausgangs signal zur entsprechenden Steuerung der Servo-Antrieb s anordnung (33) erzeugt, wenn elektrisches Steuersignal und Bezugs signal gleich- oder vgegenphasig sind.
6. Automatische Fokussiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung in der Musterplatte (18) ein Schlitz (18 b) ist, dessen Abmessungen vorzugsweise so gewählt sind, daß seine Abbildung mit den undurchsichtigen Abschnitten (12 a, 11 a) deckungsgleich sind.

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