DE927239C - Verfahren und Einrichtung zur objektiven Scharfeinstellung von durch optische Systeme entworfenen Bildern - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zur objektiven Scharfeinstellung von durch optische Systeme entworfenen Bildern Die Erfindung betrifft ein Verfahren und zur Durchführung des Verfahrens dienende Einrichtungen zur objektiven Scharfeinstellung von durch optische Systeme entworfenen Bildern. Die Scharfeinstellung von durch optische Systeme entworfenen Bildern, z. B. zum Zweck photographischer Aufnahmen oder zur Justierung optischer Systeme in Geräten, geschieht im allgemeinen durch visuelle Einstellung einer durch das System abgebildeten Vorlage auf größte Schärfe oder größten Kontrast.
• Bisher dazu benutzte Geräte arbeiten mit einfacher Projektion oder mit Autokollimation. Das Verfahren durch Beobachtung und Einstellung von Hand ist nicht nur zeitraubend und anstrengend, sondern auch mit anderen, durch die subjektive Betrachtungsweise entstehenden Nachteilen verstunden, die in dem Einfluß der Disposition, Aufmerksamkeit und Ermüdung des Beobachters ihren Grund haben. Man hat deshalb schon die subjektive Beobachtung und Einstellung durch rein objektive Verfahren ersetzt, welche sicherer und schneller arbeiten.
• Bei einem solchen bekannten Verfahren bedient man sich eines Gerätes mit Autokollimation, bei dem die Einstellung eines Objektivs auf den optimalen Wert der Abbildungsschärfe durch eine vor dem Autokollimatorokular oder an dessen Stelle angeordnete lichtelektrische Zelle erfolgt, auf deren lichtempfindliche Fläche durch das zu untersuchende Objektiv das von einer Lichtquelle herrührende Licht nach Durchstrahlen zweier in zwei Strahlenknotenpunkten angeordneten Testobjekte oder nach zweimaligem Durchstrahlen eines in einem Strahlenknotenpunkt angeordneten Testobj ektes geworfen wird. Bei genauer Deckung der beiden Testobjektabbildungen entsteht ein Maximum oder Minimum des Photozellenstromes, der als Kriterium für die Objektiveinstellung dient.
• Die Scharfeinstellung erfolgt also nicht mehr mit Hilfe der unmittelbaren Betrachtung eines Testobjektbildes, sondern an Hand der Anzeige von Stromwerten. Es ist auch bekannt, zur weiteren Vereinfachung mit Hilfe des Photozellenstromes eine Vorrichtung zu steuern, welche die Scharfeinstellung vollautomatisch bewirkt oder wenigstens durch Hemmwirkung fühlbar macht, wenn der Auszug einer Kamera oder der Objektiveinstellung von Hand verstellt wird.
• Die Erfindung geht einen anderen Weg. Im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen und Verfahren, bei denen die optischen Teile -in Ruhe bleiben, werden nach der Erfindung die Hell- und Dunkelfelder des vorzugsweise rasterförmigen Testobjektivbildes dem lichtelektrischen Organ abwechselnd in schneller Aufeinanderfolge durch eine vorzugsweise spaltförmige Blende hindurch zugänglich gemacht, so daß der durch das lichtelektrische Organ erzeugte Strom wechselt.
• Man kann dadurch die Differenz oder das Verhältnis der bei der Abtastung entstehenden lichtelektrischen Wechselströme direkt oder verstärkt an einem Meßgerät zur Anzeige bringen oder zur Betätigung anderer Anzeigevorrichtungen benutzen.
• Es ist auch möglich, die Differenz oder das Verhältnis der bei der Abtastung entstehenden lichtelektrischen Wechselströme nach entsprechender Verstärkung zum Antrieb eines Verstellmotors zu benutzen, der die automatische Einstellung auf -größte Schärfe bewirkt.
• In der zur Durchführung des Verfahrens benutzten Einrichtung erfolgt die relative Bewegung zwischen Blende und Testbild vorzugsweise durch Bewegung der Blende. Zweckmäßig schwingt die Blende hin und her, oder sie wird gedreht. Es ist natürlich auch möglich, in anderer Weise die das Abtasten des Testbildes bewirkende Bewegung zu erzeugen. So kann man die Blende ortsfest lassen und das Testobjekt bewegen oder bei fester Blende mittels Spiegel od. dgl. der Bildprojektion eine Bewegung erteilen.
• Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, als Vorlage oder Testobj ekt ein Strichraster aus gleich breiten, abwechselnd hellen und dunklen Streifen zu benutzen, dessen projiziertes Bild nach Durchsetzen einer beweglichen Blende auf eine lichtelektrische Zelle beliebiger Bauart trifft, z. B. auf eine Photozelle, einen Vervielfacher, ein Sperrelement usw., und dort in elektrische Ströme umgeformt wird.
• Eine Verstärkung der Wirkung ist dadúrch möglich, daß man das Bild des Testobjektes, z. B. das abzubildende Raster, in zwei Ebenen aufspaltet, von denen die eine etwas vor und die andere ebensoweit hinter der Gegenstands ebene angebracht ist.
• Die von beiden Rasterhälften entworfenen Bilder werden in schnellerer Folge abwechselnd abgetastet und nur die Differenz der beiden lichtelektrischen Ströme zur Anzeige gebracht. Die Aufspaltung des Testobjektbildes kann auch in anderer Weise geschehen. Erfindungsgemäß ist zu diesem Zweck die zu projizierende Vorlage, z. B. ein in der Achse der Abbildung gestaffeltes Raster, so ausgebildet, daß mindestens die eine Hälfte desselben durch vorgeschaltete optische Mittel, vorzugsweise einfache Linsen, an eine Stelle verlegt wird, die hinter der Gegenstandsebene liegt.
• Auf diese Weise kann das Raster in mechanisch einfacher Form als durchgehende Platte angefertigt und auch beispielsweise für verschiedene. Abbildungsmaß stäbe leicht gegen ein solches mit anderer Gitterkonstante ausgewechselt werden.
• Wählt man z. B. ein Raster aus Parallelstrichen, wie vorstehend beschrieben, und tastet das projizierte Bild mit einer linearen Spaltblende ab, deren Breite zweckmäßig höchstens gleich der einfachen Strichbreite des projizierten Bildes ist, so entsteht ein Wechselstrom, der entweder direkt oder nach gehöriger Verstärkung an einem Meßinstrument sichtbar gemacht werden kann. Der entstehende Wechselstrom hat bei Scharfeinstellung seine größte Amplitude, bei unscharfer Einstellung entsprechend kleinere Werte.
• Diese Differenz kann auf elektrischem Wege durch Gegeneinanderschalten der zeitlich nacheinander entstandenenAbtasteffekte der beiden Rasterhälften mit einem hinreichend gedämpften Anzeigegerät gebildet werden oder auch durch gleichzeitiges Abtasten mittels zweier Photozellen oder mit einer Differentialphotozelle. Die überlagerte Gleichlichtkomponente wird in beiden Fällen in an sich bekannter Weise, z. B. durch Zwischenschaltung von Transformatoren oder Kondensatoren, beseitigt. In allen vorstehend beschriebenen Fällen wird der Zustand optimaler Schärfe der Abbildung des Rasters durch Verschwinden des lichtelektrischen Differenzstromes angezeigt.
• Hält man die Bedingungen der Abbildung, insbesondere die Objektbeleuchtung, die Lichtstärke, den Abbildungsmaßstab und die Empfindlichkeit der lichtelektrischen und elektrischen Anordnungen konstant, so ist der Ausschlag des Instrumentes als in einem definierten Zusammenhang mit dem Schärfegrad der Einstellung stehend eichfähig, d. h., die Skala kann etwa nach dem Maßstab der prozentualen Abweichungen der Einstellung vom Sollwert geteilt werden.
• Es ist mit der vorbeschriebenen Anordnung auch möglich, an die Stelle oder in den Stromkreis des Meßinstrumentes ein Relais oder direkt einen Verstellmotor einzuschalten, der eine automatische Scharfeinstellung besorgt, also das Gerät zu einem selbsttätigen Regler für Scharfeinstellung zu machen. In dieser Form ist das Gerät sowohl zum automatischen Abgleich der Scharfeinstellung bei der Justierung optischer Systeme in der Fabrikation geeignet wie zum automatischen Scharfeinstellen größerer Kameras, etwa für Reproduktionszwecke.
• In Verbindung mit einem linearen Strichraster mit vorzugsweise breiten weißen und schwarzen Streifen wird zweckmäßig eine quer zur Streifenlängsrichtung bewegliche Blende benutzt, die einen zu den -Streifen parallelen, gegebenenfalls verstellbaren Abtastspalt besitzt. Die Breitenverstellvorrichtung des Blendenspaltes kann dabei mit einer Steuervorrichtung für die Schwingungsamplitude der Blende verbunden sein.
• Die Form des Rasters ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführung beschränkt. Es besteht die Möglichkeit, denselben in anderer Weise, z. B. nach Art eines Sektorensternes, auszubilden, welcher durch eine rotierende sektorenförmige Spaltblende abgetastet wird. Eine Anordnung dieser Art hat den Vorteil, daß der bewegliche Spalt bei entsprechendem Abbildungsmaßstab die gleiche Größe hat. In diesem Fall wird die rotierende Blende zweckmäßig durch einen Synchronmotor angetrieben oder aber mit einem die Phasenauswahl besorgenden Umschalter gekuppelt.
• Dieser Umschalter soll bei nacheinander erfolgendem Abtasten zweier Felder, d. h. eines Hell- und Dunkelfeldes, dafür sorgen, daß der verarbeitende elektrische Stromkreis synchron mit der Drehung der Blende zwecks Differenzbildung kommutiert wird.
• Die Einrichtung kann erfindungsgemäß auch so eingerichtet sein, daß die Blende mit dem Spalt ortsfest angeordnet ist und die Projektion des Testc;bjektbildes mittels einer bewegten, vorzugsweise schwingenden oder rotierenden strahlenablenkenden Vorrichtung, z. B. eines Spiegels, auf den Abtastspalt der Blende geworfen wird.
• Es ist-zweckmäßig, die Einrichtung mit einer Betlachtungsvorrichtung zu versehen, mittels welcher eine unmittelbare Kontrolle der Einstellung an der Einstellebene oder an einer Zwischenabbildung vorgenommen werden kann. Zu diesem oder eventuellen anderen Zwecken kann zwischen der Einstellebene, z. B. einer Mattscheibe und der Abtastblende, mindestens eine Zwischenabbildung eingeschaltet sein.
• In einer bevorzugten Ausführungsform sind die auf der dem Testobjekt gegenüberliegenden Seite der Einstellebene, z. B. einer Mattscheibe, liegenden optischen Bauteile einschließlich der Photozelle und gegebenenfalls weiterer elektrischer Teile sowie einer Betrachtungslupe in einem Gehäuse vereinigt.
• Eine besondere Befestigungsmöglichkeit an der Einrichtung besteht erfindungsgemäß darin, daß zur Anbringung des Testobjektes an einer Haltewand und/oder des Meßgerätes, vorzugsweise an der Einstellebene, magnetische oder elektromagnetische Haftglieder vorgesehen sind.
• Die Zeichnungen zeigen in schematischer Darstellung ein Gerät als Ausführungsbeispiel der Erfindung. Für das Verständnis der Wirkungsweise nicht erforderliche Einzelheiten sind fortgelassen.
• Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt.
• Fig. I zeigt, von der Seite gesehen, die wesentlichen Teile der Einrichtung und den Strahlengang; Fig. 2 ist die Draufsicht auf die Testvorlage in Form eines Rasters nach Fig. I auf Linie a-b; Fig. 3 stellt die elektrische Schaltung einer Einrichtung nach Fig. I dar.
• In-Fig. I befindet sich auf der-linken Seite der Zeichnung ein Strichraster I, welcher aus einer Glasplatte 2 besteht, auf deren beiden Seiten (Fig. 2) in sich -gegenüberliegenden Quadranten je ein Strichrasterfeld 3 aufgebracht ist. Mit 4 ist das abbildende, im Ausführungsbeispiel aus vier Linsen bestehende, optische System bezeichnet. Die abbildungsseitige- Einstellebene wird durch eine Klar-oder Mattglasscheibe 5 gebildet.
• Das von dem Strichrasterfeld herrührende Bild kann entweder schon an dieser Stelle direkt abgetastet werden, oder es wird mittels einer Hilfsoptik, in diesem Fall durch die Linse 6, eine Zwischenabbildung entworfen. Diese kann z. B. durch Zwischenschaltung eines halbdurchlässigen Spiegels 7 mit einer Lupe 8 betrachtet und andererseits nach Reflektion in dem gleichen Spiegel 7 in der Ebene c-d entworfen werden. Hier befindet sich eine schwingende Blende g mit Spalt Io, der zweckmäßig von einem nicht besonders gezeichneten Elektromagneten in schnelle periodische Schwingungen versetzt wird. Der Spalt 10 ist unter- gleichzeitiger Betrachtung so eingestellt worden, daß seine Breite höchstens gleich der einfachen Strichbreite des projizierten Rasterbildes ist und daß seine Ruhelage mit der Mittellinie a-b des projizierten Rasterbildes sich deckt. Der Spalt Io überstreicht während einer Halbperiode seiner Schwingung das Bild des entfernteren, bei der anderen das des näheren Quadranten des Rasters nach Fig. 2.
• Unter dem Spalt ist die Photozelle II angeordnet.
• An Stelle des schwingenden Spaltes kann ebensogut ein - in der Einstellebene oder in der Ebene der Hilfsabbildung befindlicher fester, jedoch in seiner Breite verstellbarer Spalt treten, auf dem das Rasterbild unter Zwischenschaltung eines schwingenden Spiegels oder eines analog ablenkenden optischen Mittels entworfen wird. Um Einstellschwierigkeiten bei dieser Anordnung auszuschalten, befindet sich das ablenkende System zweckmäßig an einer Stelle, wo die abzubildenden Strahlen wesentlich als parallel anzusehen sind.
• Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung der elektrischen Einrichtung ermöglicht die Bildung des Differenzeffektes zwischen den durch beide Rasterhälften ausgelösten Photoströmen. Die Photozelle II, die mit der Saugbatterie 12 betrieben wird, ist über den Widerstand 13 und den Kondensator 14 an die Verstärkerröhre 15 angekoppelt. Der verstärkte Photostrom wird über den Übertrager I6 in die Diagonale einer Gleichrichterlücke2I eingeführt, die über den Übertrager I7 von der erregenden Wechselspannung 19 gespeist wird, welche andererseits über einen Elektromagneten 18 synchron die schwingende Blende 22 betreibt. Längsseitig der Brückenschaltung zeigt das Meßinstrument 20 den Differenzstrom und damit den erreichten Grad der Scharfeinstellung an. Die zwischen der Schwingblende und der erregenden Spannung etwa entstehende Phasendifferenz wird in üblicher Weise durch passende Phasendrehung der bei I7 in die Brücke einfließenden Erregerspannung beseitigt. Die dafür nötigen allgemein bekannten Schaltelemente sind der Übersichtlichkeit halber in der Zeichnung weggelassen. Legt man an die Stelle des Meßgerätes 20 ein gepoltes Relais mit zwei Arbeitskontakten, so kann dieses über optische oder akustische Signale den Zustand des unvollkommenen oder erreichten Abgleiches anzeigen oder einen den Abgleich besorgenden Motor steuern. Ein kleinerer Motor, z. B. ein u, n, steuerbarer Gleichsltrom-oder Universalmotor, kann überdies mit seinem Anker direkt in reihe in den Stromkreis des Meßi, rlstrumentes 20 eingeschaltet werden.
• PATENTANSPRCHE: I. Verfahren zur objektiven Scharfeinstellung von durch optische Systeme entworfenen Bildern, bei dem das Bild eines Testobjektes ein lichtelektrisches Organ beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hell- und Dunkelfelder des vorzugsweise rasterförmigen Testobjektbildes dem lichtelektrischen Organ abwechselnd in schneller Aufeinanderfolge durch eine vorzugsweise spaltförmige Blende hindurch zugänglich gemacht werden.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz oder das Verhältnis der bei derAbtastung entstehenden licht- -elektrischen Wechselströme direkt oder verstärkt an einem Meßgerät zur Anzeige gebracht oder zur Betätigung anderer Anzeigevorrichtungen benutzt werden.

   3. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz oder das Verhältnis der bei der Abtastung entstehenden lichtelektrischen Wechselströme nach entsprechender Verstärkung zum Antrieb eines Verstellmotors benutzt wird, der die automatische Einstellung auf größte Schärfe bewirkt.

   4. Verfahren nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende hin und her schwingend bewegt oder gedreht wird.

   5. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildteile des vorzugsweise rasterförmigen Testobjektes (I) in Richtung der optischen Achse um eine kleine Entfernung (2) gegeneinander versetzt sind.

   6. Einrichtung nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das vorzugsweise rasterförmige Testobjekt (I) aus einem Stück besteht und mindestens vor einer seiner Hälften optische Mittel, insbesondere Linsen (4), angeordnet sind, die dicht hinter bzw. vor der Einstellebene (5) liegende Bilder entwerfen.

   7. Einrichtung nach Anspruch I bis 6, gekennzeichnet durch einen linearen Strichraster (3) mit vorzugsweise gleich breiten weißen und schwarzen Streifen und einer quer zur Streifenlängsrichtung beweglichen Blende (g) mit einem zu den Streifen parallelen, gegebenenfalls verstellbaren Abtastspalt (in).

   8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breitenverstellvorrichtung des Blendenspaltes (I0) mit einer Steuervorrichtung (I8) für die Schwingungsamplitude der Blende, d. h. des Spaltes, verbunden ist.

   9. Einrichtung nach Anspruch I bis 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Testobj ekt aus einem Sektorenraster, z. B. einem Sektorenstern, besteht und die mit ihm zusammenwirkende Blende mindestens einen sektorförmi, gen Spalt enthält.

   10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektorenspaltblende durch einen Synchronmotor angetrieben wird.

   II. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektorenspaltblende mit einem die Phasenauswahl bewirkenden Umschalter, vorzugsweise mechanisch gekuppelt ist, der beim aufeinanderfolgenden Abtasten des Testbildes den verarbeitenden elektrischen Stromkreis zwecks Differenzbildung synchron mit der Blendendrehung kommutiert.

   I2. Einrichtung nach Anspruch I bis II, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende mit dem Spalt ortsfest angeordnet ist und die Projektion des Testobjektbildes mittels einer bewegten, vorzugsweise schwingenden oder rotierenden strahlenablenkenden Vorrichtung, z. B. eines Spiegels, auf den Abtastspalt der Blende geworfen wird.

   13. Einrichtung nach Anspruch I bis II, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende feststeht und das Testobjekt bewegt wird.

   I4, Einrichtung nach Anspruch I bis I3, gekennzeichnet durch eine Betrachtungsvorrichtung, welche die unmittelbare Rontrolle der Einstellung an der Einstellebene oder an einer Zwischenabbildung gestattet.

   15. Einrichtung nach Anspruch I bis I4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Einstellebene, z. B. einer Mattscheibe, und der Abtastblendemindestens eine Zwischenabbildung eingeschaltet ist.

   - 16. Einrichtung nach Anspruch I bis I5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der dem Testobjekt gegenüberliegenden Seite der Einstellebene, z. B. einer Mattscheibe, liegenden optischen Bauteile einschließlich der Photozelle und gegebenenfalls weiterer elektrischer Teile sowie einer Betrachtungslupe in einem Gehäuse vereinigt sind.

   17. Einrichtung nach Anspruch I bis I6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anbringung des Testobjektes an einer Haltewand und/oder des Meßgerätes, vorzugsweise an der Einstellebene, magnetische oder elektromagnetische Halteglieder vorgesehen sind.

   Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 709 954, 742 220.