NL1000924C2 - Autofocusseerinrichting met een capacitieve terugkoppellus en werkwijze voor autofocussering. - Google Patents

Description

Autofocusseerinrichting met een capacitieve terugkoppellus en werkwijze voor autofocussering

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een autofocusseerin-5 richting, die bijvoorbeeld kan worden gebruikt in een streepjescode-aftastinrichting.

Autofocusseerinrichtingen zijn op zichzelf bekend. Th de fototech-niek worden zij bijvoorbeeld veelvuldig toegepast. Daar moeten zij voldoen aan zeer specifieke eisen, waarvan de belangrijkste is dat de auto-10 focussering zeer nauwkeurig is, zodat foto's die met een van een dergelijke autofocusseerinrichting voorzien fototoestel zijn gemaakt nog steeds zeer scherp zijn. Aan de snelheid waarmee een dergelijke autofocussering in de fototechniek plaats vindt worden niet zeer hoge eisen gesteld. De scherpstelling van de lenzen in een fototoestel met behulp 15 van autofocussering ligt in de ordegrootte van enkele seconden.

Een autofocusseerinrichting voor een aftastinrichting voor het aftasten van codes op een object moet aan geheel andere eisen voldoen. De aftastinrichting volgens de uitvinding is ontwikkeld voor de industriële markt. De autofocusseerinrichting volgens de uitvinding is bij-20 voorbeeld geschikt voor toepassing in aftastinrichtingen, die streepjescodes moeten kunnen aftasten op pakketten die op een lopende band worden verplaatst. De snelheid van dergelijke lopende banden kan tot 2,5 meter per seconde bedragen. De pakketten kunnen verschillende hoogtes hebben, bijvoorbeeld tot 80 cm hoog. Momenteel worden in de industrie streepjes-25 codes gebruikt met een moduulbreedte van 220 μπι. Er bestaan wel aftastinrichtingen, die dergelijke streepjescodes kunnen lezen, maar het instellen van het focusseringspunt gaat relatief langzaam. Derhalve moet het instellen van het focusseringspunt vroeg, dat wil zeggen dan wanneer een zich voortbewegend object zich nog niet op de kortste afstand van de 30 aftastinrichting bevindt, worden gestart. Het gevolg daarvan is echter, dat opeenvolgende objecten op bijvoorbeeld een lopende band niet dicht bij elkaar kunnen worden geplaatst, maar een grote tussenafstand moeten hebben.

Een autofocusseerinrichting, die bijvoorbeeld in aftastinrichtingen 35 voor het aftasten van streepjescodes kan worden toegepast, welke streepjescodes een moduulbreedte van minimaal 190 μπι hebben en waarbij het aftastgebied instelbaar is van ongeveer 70 cm tot ongeveer 150 cm, gerekend vanaf de autofocusseerinrichting en waarbij de af te tasten 1000924 2 streepjescodes het aftastgebied passeren met een snelheid van bijvoorbeeld 2,5 meter per seconde, is het onderwerp van de tegelijkertijd ingediende Nederlandse octrooiaanvrage ....... (NO 40129) van de onder havige aanvraagster met als titel "Autofocusseerinrichting".

5 In de daarin weergegeven autofocusseerinrichting bevinden zich beweegbare lensmiddelen op afstand van vaste lensmiddelen. Zowel de bewegende lensmiddelen als de vaste lensmiddelen kunnen uit een of meer sublenzen bestaan. Door het variëren van de tussenafstand tussen de beweegbare lensmiddelen en de vaste lensmiddelen kan de afstand van het 10 focusseringspunt van de focusseerinrichting naar wens worden ingesteld. De beweegbare lensmiddelen worden verplaatst met behulp van een actuator. Zoals nog nader zal worden toegelicht, blijkt er een omgekeerd evenredig verband te bestaan tussen de afstand van het focusseringspunt van de autofocusseerinrichting en de afstand tussen het brandpunt van de 15 beweegbare lensmiddelen en het brandpunt van de vaste lensmiddelen. De doelstelling van de onderhavige uitvinding is nu, om een regelinrichting te verschaffen, waaraan de afstand tussen een object en de autofocusseerinrichting als ingangssignaal wordt toegevoerd en die als uitgangssignaal de geregelde afstand tussen het focusseringspunt van de autofo-20 cusseerinrichting tot de autofocusseerinrichting heeft, waarbij er een lineair verband tussen het uitgangssignaal en het ingangssignaal van de regelinrichting bestaat.

Daartoe omvat de autofocusseerinrichting volgens de uitvinding een huis, een lichtbron voor het genereren van een lichtbundel langs een 25 optische as, beweegbare lensmiddelen opgesteld op de optische as voor het ontvangen en doorlaten van de lichtbundel afkomstig van de lichtbron en met een voorafbepaalde eerste brandpuntsafstand, afbeeldlensmiddelen opgesteld op de optische as voor het ontvangen en doorlaten van de lichtbundel afkomstig van de beweegbare lensmiddelen en met een vooraf-30 bepaalde tweede brandpuntsafstand, waarbij de eerste en tweede brandpuntsafstand op een voorafbepaalde eerste afstand van elkaar op de optische as zijn gelegen, een actuator voor het in de axiale richting verplaatsen van de beweegbare lensmiddelen, een regeleenheid voor het verschaffen van een regelsignaal aan de actuator, een capacitieve ver-35 plaatsingsopnemer voor het meten van de verplaatsing van de beweegbare lensmiddelen en het verschaffen van een werkelijk verplaatsingssignaal, middelen voor het verschaffen van een gewenst verplaatsingssignaal en een vergelijkingseenheid voor het vergelijken van het gewenste en het 1000924.

3 werkelijke verplaatsingssignaal en het verschaffen van een foutsignaal aan de regeleenheid.

Door toepassing van een capacitieve verplaatsingsopnemer voor het meten van de verplaatsing van de beweegbare lensmiddelen wordt de omge-5 keerde evenredigheid tussen de afstand tussen het focusseringspunt en de autofocusseerinrichting en de tussenafstand tussen het eerste brandpunt en het tweede brandpunt gecompenseerd. De reden daarvan is dat de capacitieve verplaatsingsopnemer een elektrisch signaal kan verschaffen dat omgekeerd evenredig is met de verplaatsing van de beweegbare lensmidde-10 len. Opgemerkt wordt nog dat het opnamesignaal snel is, hetgeen de snelheid van de regelkring ten goede komt. De snelheid van de beweegbare lensmiddelen kan eenvoudig worden bepaald met behulp van een differentiator, die de afgeleide van de positie van de beweegbare lensmiddelen naar de tijd bepaalt. Met behulp daarvan kunnen de lensmiddelen op, op 15 zich zelf bekende wijze op ieder gewenst moment (extra en naar wens aperiodiek) worden versneld of vertraagd. Daardoor kan de instelling van het focusseringspunt zo snel mogelijk plaatsvinden.

De capacitieve verplaatsingsopnemer kan een eerste plaatvormige geleider, een tweede plaatvormige geleider en een derde plaatvormige 20 geleider omvatten, welke eerste plaatvormige geleider zodanig is bevestigd, dat deze met de beweegbare lens kan meebewegen, terwijl de tweede en derde plaatvormige geleiders vast met het huis zijn verbonden. In een dergelijke constructie is het slechts nodig om elektrische geleiders voor het aanleggen van een vooraf bepaalde spanning te verbinden met de 25 vaste tweede en derde plaatvormige geleiders. De beweegbare eerste plaatvormige geleider hoeft geen elektrische aansluiting te hebben.

De eerste, de tweede en derde plaatvormige geleiders kunnen zijn gevormd door een op een kunststof materiaal opgedampte metaallaag.

Bij voorkeur zijn de tweede en derde plaatvormige geleiders aan 30 dezelfde kant van en althans nagenoeg op eenzelfde tweede afstand parallel aan de eerste plaatvormige geleider opgesteld. Een dergelijke constructie vereenvoudigt de mathematische betrekkingen aanzienlijk en maakt het gewenste lineaire regelgedrag van de regelinrichting eenvoudig realiseerbaar.

35 Bij voorkeur omvatten de middelen voor het verschaffen van een gewenst verplaatsingssignaal een afstandmeter voor het meten van de afstand van de autofocusseerinrichting tot een vooraf bepaald object. Een dergelijke afstandmeter kan elke geschikte, uit de stand van de 10 00 924.

4 techniek bekende inrichting zijn en hoeft niet aan specifieke eisen te voldoen. Met een dergelijke constructie is het dus niet nodig om de werkelijke afstand van het focusseringspunt van de autofocusseerinrich-ting tot de autofocusseerinrichting te meten en als terugkoppelsignaal 5 te gebruiken. Als terugkoppelsignaal wordt de verplaatsing van de beweegbare lensmiddelen gebruikt, dat, zoals hierboven is omschreven, eenvoudig met behulp van een capacitieve verplaatsingsmeter kan worden verschaft.

Bij voorkeur is de lichtbron een laserbron zodat een gewenste spot-10 diameter van minimaal ongeveer 120 μπι in het focusseringspunt eenvoudig kan worden gerealiseerd.

Bij voorkeur worden de beweegbare lensmiddelen ondersteund door een lensondersteuning, die met een mechanische rechtgeleiding aan het huis is bevestigd voor verende axiale verplaatsing van de lensondersteuning 15 met de beweegbare lens langs de optisch as. Mechanische rechtgeleiders zijn in de techniek bekend. Mechanische rechtgeleiders met een zeer nauwkeurige axiale verplaatsing en een zeer geringe radiale verplaatsing zijn bijvoorbeeld beschreven in de internationale octrooiaanvrage WO-A-94/13976. Voor de meeste toepassingen van een autofocusseerinrichting 20 volgens de onderhavige aanvrage volstaat echter dat de mechanische rechtgeleiding een eerste bladveervormig membraan en een tweede blad-veervormig membraan omvat, waarbij het tweede bladveervormig membraan op enige afstand van en althans nagenoeg parallel aan het eerste bladveervormig membraan is aangebracht. Met een dergelijke mechanische rechtge-25 leiding is in de praktijk een maximale axiale verplaatsing van 0,53 mm gerealiseerd, waarbij de maximale radiale afwijking minder dan 6 μπι bleef. Indien een minder grote radiale afwijking gewenst is, kan bijvoorbeeld een identieke mechanische rechtgeleiding in spiegelbeeld parallel aan en gekoppeld met genoemde mechanische rechtgeleiding worden 30 toegepast, waarbij de radiale afwijkingen elkaar compenseren.

De actuator kan een ringvormige magneet, die bijvoorbeeld is gemaakt van neodynium, en een spoel voor het in axiale richting verplaatsen van de magneet omvatten.

De uitvinding heeft ook betrekking op een streepjescode-aftastin-35 richting voorzien van een autofocusseerinrichting zoals hierboven gedefinieerd.

Voorts heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor - het genereren van een lichtbundel langs een optische as met een 10 0 0 9 2 4 5 lichtbron, - het ontvangen en doorlaten van de lichtbundel afkomstig van de lichtbron met beweegbare lensmiddelen opgesteld op de optische as en met een voorafbepaalde eerste brandpuntsafstand, 5 - het ontvangen en doorlaten van de lichtbundel afkomstig van de beweegbare lensmiddelen met afbeeldlensmiddelen opgesteld op de optische as en met een voorafbepaalde tweede brandpuntsafstand, waarbij de eerste en tweede brandpuntsafstanden op een voorafbepaalde eerste afstand van elkaar op de optische as zijn gelegen, 10 - het capacitief meten van de verplaatsing van de beweegbare len smiddelen en het verschaffen van een werkelijk verplaatsingssignaal, - het verschaffen van een gewenst verplaatsingssignaal, - het vergelijken van het gewenste en het werkelijke verplaatsingssignaal en het verschaffen van een foutsignaal, 15 - het verplaatsen van de beweegbare lensmiddelen in afhankelijkheid van het foutsignaal.

De uitvinding zal hierna nader worden toegelicht aan de hand van enkele tekeningen, die een uitvoeringsvorm van de autofocusseerinrich-ting volgens de uitvinding illustreren. Daarbij wordt opgemerkt, dat de 20 in de tekeningen weergegeven uitvoeringsvorm niet ter beperking van de reikwijdte van de uitvinding is bedoeld, maar slechts ter illustratie van de basisgedachte.

Figuur 1 toont een algemene dwarsdoorsnede van een autofocusseerin-richting volgens de uitvinding; 25 figuur 2 toont een doorsnede van de autofocusseerinrichting volgens figuur 1 langs de lijn il-li, en wel daar waar een beweegbare lens met behulp van een bladveervormige rechtgeleiding aan het huis van de autofocusseerinrichting is opgehangen; figuren 3a, 3b, 3c en 3d geven in schematische weergave het princi-30 pe weer van de mechanische rechtgeleiding in overeenstemming met voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding; figuren 4a, 4b en 4c geven schematisch weer hoe een gedeelte van een gegenereerde lichtbundel kan worden onderschept met behulp van een diafragma voorzien van een kleine opening, dat is opgesteld tussen de 35 beweegbare lens en een vaste lens; figuren 5a, 5b en 5c tonen op schematische wijze een capacitieve meetinrichting voor de verplaatsing van de beweegbare lens; figuur 6 toont een regelinrichting voor het regelen van de gewenste 10 00 924.

6 verplaatsing van de beweegbare lens.

In de schematische dwarsdoorsnede van de autofocusseerinrichting zoals getoond in figuur 1 verwijst het verwijzingscijfer 1 naar een lichtbron, bij voorkeur een laserbron. De lichtbron 1 genereert tijdens 5 bedrijf een lichtbundel B langs een optische as 19. De inrichting omvat een huis 2 dat bij voorkeur van aluminium is gemaakt. Een beweegbare lens 3 wordt ondersteund door een lensondersteuning 4. De lensondersteuning 4 hangt met twee parallelle bladveervormige lippen 5a, 6a aan het huis 2, zoals hieronder, onder verwijzing naar figuur 2, nog nader zal 10 worden toegelicht.

Rondom de lensondersteuning 4 is een, bij voorkeur ringvormige, magneet 8 aangebracht. Een zeer geschikt magnetisch materiaal is neody-nium, omdat dat zelfs bij een kleine massa, die gewenst is in verband met de gewenste hoge verplaatsingssnelheid, een sterk magnetisch veld 15 geeft. Andere magnetische materialen zijn echter ook mogelijk. Rondom de magneet 8 bevindt zich een spoel 7, die via een niet weergegeven kabel van elektrische stroom kan worden voorzien voor het genereren van een elektromagnetische kracht op de magneet 8. Door het instellen van de juiste stroom door de spoel 7 kan de magneet 8, en daarmee de lensonder-20 steuning 4 en de lens 3 een vooraf bepaalde gewenste axiale verplaatsing langs de optische as 19 worden gegeven.

Rondom de lensondersteuning 4 bevindt zich een metalen plaat 10. Tegenover de metalen plaat 10 zijn twee verdere metalen platen 11, 12 op geschikte uitstekende delen van het huis 2 aangebracht. De metalen pla-25 ten 10, 11 en 12 dienen voor capacitieve meting van de verplaatsing van de beweegbare lens 3 ten opzichte van een bepaalde referentiepositie, zoals hieronder onder verwijzing naar figuren 5a, 5b en 5c nog nader zal worden toegelicht. De metalen platen 10, 11, 12 kunnen bijvoorbeeld zijn gevormd door opgedampte metalen lagen op kunststof onderdelen. De vorm 30 van de metalen platen 10, 11 en 12 is niet beperkt tot de vorm zoals weergegeven in figuur 5c.

Met de verwijzingscijfers 13, 14 zijn elektronische componenten weergegeven voor het verschaffen van een werkelijk verplaatsingssignaal op basis van de capacitieve verplaatsingsmeting met behulp van de meta-35 len platen 10, 11 en 12. Verdere electronische componenten (niet getoond) zijn nodig voor het regelen van de gewenste axiale beweging op basis van voornoemd verplaatsingssignaal. Door een streepjescode teruggekaatst licht wordt opgevangen met een (niet getoonde) sensor, die een 1000924.

7 sensorsignaal dergelijke evaluatiemiddelen verschaft. Dergelijke sensoren en evaluatiemiddelen zijn bekend in de stand van de techniek en maken geen onderdeel uit van de onderhavige uitvinding.

De lensondersteuning 4 omvat een geschikte opening 9 rondom de 5 optische as 19 voor het doorlaten van de lichtbundel B in de richting van de lens 3. Achter de lens 3 bevinden zich lichtbundelonderschep-pingsmiddelen 16 voorzien van een kleine opening 15 op ie optische as 19. Lichtbundelonderscheppingsmiddelen 16 bestaan bijvoorbeeld uit een geschikt diafragma.

10 Achter de lichtbundelonderscheppingsmiddelen 16 bevinden zich twee lenzen 17, 18 voor het doorlaten en op de juiste wijze focusseren van de door de kleine opening 15 doorgelaten lichtbundel B. Hoewel in figuur 1 twee lenzen 17, 18 zijn getekend, kan in plaats daarvan één vaste lens zijn voorzien. Ook kunnen meer dan twee lenzen zijn voorzien om de ge-15 wenste focussering te bereiken.

Hoewel in figuur 1 één beweegbare lens 3 is getekend, kan deze in principe ook worden vervangen door twee of meer sublenzen, die alle door de lensondersteuning 4 worden ondersteund.

Figuur 2 toont een dwarsdoorsnede langs de lijn II-II van de in-20 richting zoals weergegeven in figuur 1. Derhalve toont figuur 2 de lip van de lensondersteuning 4 met behulp van een bladveervormige lip 5a aan het huis 2. De bladveervormige lip 5a is bij voorkeur een lipvormig gedeelte, dat uit een grotere metalen schijf 5b is uitgesneden en stevig aan de lensondersteuning 4 is bevestigd. De metalen schijf 5b is bij 25 voorkeur over zijn gehele omtrek opgenomen in het huis 2, zoals met een stippellijn 21 in figuur 2 is weergegeven. Tussen de metalen schijf 5b en de bladveervormige lip 5a, respectievelijk de lensondersteuning 4 bevindt zich een spleet 20, zodat de lensondersteuning 4 vrij in axiale richting langs de optische as 19 verplaatsbaar is.

30 De ophanging van de lensondersteuning 4 met behulp van de bladveer vormige lip 6a is bij voorkeur identiek aan die van lip 5a en is niet nader in de figuur weergegeven.

Figuren 3a en 3b tonen schematisch de rechtgeleidende werking van de beide bladveervormige lippen 5a en 6a. De beide bladveervormige 35 lippen 5a en 6a zijn bij voorkeur althans nagenoeg parallel aan elkaar aangebracht. In de rusttoestand bevinden zij zich in een vlakke toestand. Indien de spoel 7 een stroom ontvangt, zal echter op de magneet 8 een kracht worden uitgeoefend, bijvoorbeeld in de richting van de 1000924.

8 lichtbron 1. Zolang de verplaatsing van de lensondersteuning 4 in axiale richting gering is, zal een nagenoeg rechtlijnige beweging kunnen worden gerealiseerd in die zin dat de lens 3 niet kantelt ten opzichte van de optische as 19. Met de constructie zoals getoond in figuren 3a en 3b is 5 in de praktijk bijvoorbeeld een axiale verplaatsing van 0,53 mm gerealiseerd, waarbij de radiale verplaatsing minder dan 6μπι bleef.

Indien een geringere radiale afwijking nodig is, kan een constructie zoals getoond in figuren 3c en 3d worden toegepast. In de constructie volgens figuur 3c zijn twee extra bladveervormige lippen 5c en 6c 10 aangebracht, aan weerszijden van en parallel aan de combinatie van de bladveervormige lippen 5a/5b en 6a/6b. De bovenzijden van alle bladveervormige lippen 5a/5b, 5c, 6a/6b, 6c zijn verbonden met een binnen het huis 2 vrij beweegbare wand 2a. Bovendien is de lip 5c, respectievelijk de lip 6c met het huis 2 verbonden bij een uitsteeksel 28, respec-15 tievelijk 29, zoals in figuur 3c is getoond. Indien in de constructie volgens figuur 3c de lens 3 met zijn lensondersteuning 4 naar rechts wordt bewogen, zullen de bladveervormige lippen 5a en 6a een verbuiging ondergaan zoals is weergegeven in figuur 3d en die correspondeert met die uit figuur 3b. Bladveervormige lippen 5c en 6c ondergaan echter een 20 spiegelbeeldvormige verbuiging (zie ook figuur 3d). Tezamen oefenen zij een neerwaartse kracht uit op de wand 2a, die vervolgens in de richting van de pijl p van het huis 2 zal af bewegen. Derhalve worden de radiale krachten omgezet in een radiale beweging van de wand 2a en niet van de lensondersteuning 4 en lens 3. Ook andere rechtgeleidingsmiddelen die 25 uit de stand van de techniek bekend zijn, kunnen in de onderhavige uitvinding worden toegepast.

Omdat zich in de buurt van de bladveervormige lippen 5a, 6a een sterke magneet 8 bevindt, dienen zij van een niet-magnetisch verend materiaal te worden gemaakt.

30 In figuur 3a is de rusttoestand aangegeven met x, welke de afstand tussen de lens 3 en de metalen schijf 6b, waaruit de bladveervormige lip 6a is uitgesneden, wordt aangeduid. In figuur 3b is de gewijzigde afstand aangegeven met χ+Δχ, waarbij Ax de verplaatsing van de beweegbare lens 3 aangeeft.

35 In figuren 4a, 4b en 4c is het principe van het veranderen van de afstand tussen de autofocusseerinrichting en het focusseringspunt door het verplaatsen van de beweegbare lens 3 nader weergegeven. In deze figuren stellen dezelfde verwijzingscijfers als in de voorgaande figuren 10 00 92η 9 dezelfde elementen van de autofocusseerinrichting voor.

In figuren 4a en 4b is weergegeven, dat de lichtbundel B de lichtbron 1 als een evenwijdige bundel verlaat. De evenwijdige lichtbundel B wordt gefocusseerd door de beweegbare lens 3. De beweegbare lens 3 heeft 5 een brandpuntsafstand f3, waarin de lichtbundel B wordt gefocusseerd. Het focusseringspunt is schematisch aangegeven met FP1.

Na het focusseringspunt FP1 plant de bundel B zich voort als een divergerende bundel in de richting van de lenzen 17, 18. In figuur 4a is de situatie weergegeven, dat de lichtbundel B als geheel door de kleine 10 opening 15 van de lichtbundelonderscheppingsmiddelen 16 wordt doorgelaten.

De lenzen 17, 18 convergeren de lichtbundel B in een focusseringspunt FP2. De lenzen 17, 18 hebben tezamen een brandpuntsafstand f 1, gezien in de richting van de beweegbare lens 3 en een brandpuntsafstand 15 f2 , gezien in de richting van het focusseringspunt FP2, waarbij f1 gelijk is aan f2. In figuur 4a is de afstand tussen het brandpunt op afstand f2 van de lenzen 17, 18 en het focusseringspunt FP2 schematisch aangegeven met x2. Met x1 is de afstand aangegeven tussen het brandpunt op afstand f1 van de lensmiddelen 17, 18 en het focusseringspunt FP1. De 20 afstand tussen het focusseringspunt FP1 en het optische hoofdvlak van de lenzen 17, 18 is aangegeven met z1, terwijl de afstand tussen het buitenoppervlak van de lens 18 en het focusseringspunt FP2 is aangegeven met z2. De afstand z2 kan worden gevarieerd tussen ongeveer 70 cm en ongeveer 150 cm. in figuur 4a is de situatie weergegeven, dat de beweeg-25 bare lens 3 zich in zijn meest nabije stand ten opzichte van de licht-bundelonderscheppingsmiddelen 16 bevindt. In die situatie ligt het focusseringspunt FP2 in zijn verst verwijderde stand ten opzichte van de autofocusseerinrichting, dat wil zeggen in de toestand waarin z2 ongeveer gelijk is aan 150 cm.

30 In figuur 4b is de situatie weergegeven dat de beweegbare lens 3 over een afstand Δχ1 naar links is verschoven, waardoor een gedeelte van de door de beweegbare lens 3 gefocusseerde lichtbundel B door de licht-bundelonderscheppingsmiddelen 16 wordt onderschept. Slechts een gedeelte van de na het focusseringspunt FP1 divergerende lichtbundel B wordt door 35 de kleine opening 15 doorgelaten. De resterende doorgelaten lichtbundel is schematisch aangegeven met B'. Doordat de hierboven gedefinieerde afstand x1 is toegenomen tot χ1+Δχ1 ten opzichte van de situatie volgens figuur 4a, ligt het focusseringspunt FP2 dichter bij de focusseringsin- 1000924.

10 richting dan in de situatie volgens figuur 4a. Indien de beweegbare lens 3 zich in de meest nabije stand ten opzichte van de lichtbron 1 bevindt, is de afstand z2 minimaal, dus in het onderhavige geval ongeveer 70 cm.

In de opstelling volgens figuur 4a zal, indien de genoemde brand-5 puntsafstanden fl en f2 in de ordegrootte van 25 mm liggen, de spotdia-meter in het focusseringspunt FP2 ongeveer 120 μιη bedragen. Indien in de situatie volgens figuur 4b de lichtbundelonderscheppingsmiddelen 16 zouden worden weggelaten, zou echter de spotdiameter in het focusseringspunt FP2 ongeveer 50 μπι zijn. Een dergelijke situatie is ongewenst. 10 Bij voorkeur dient de spotdiameter bij elke willekeurige instelling van het focusseringspunt tussen ongeveer 70 cm en 150 cm nagenoeg constant te zijn. De spotdiameter mag niet te klein worden, omdat anders te veel details, bijvoorbeeld papiervezels, worden waargenomen. Anderzijds mag deze ook niet te groot worden, anders is de resolutie niet optimaal. De 15 spotdiameter wordt bepaald door de afstand z tussen het focusseringspunt FP2 en de lichtbundeldiameter op het buitenoppervlak van de lens 18. Uit de optica is het volgende omgekeerd evenredige verband bekend: w(z) = Π)

π . WO

met: 20 λ = de golflengte van het gebruikte laserlicht z = de afstand tussen het focusseringspunt en het buitenoppervlak van de lens WO = de straal van de bundel in het focusseringspunt en W(z) = de bundelstraal op een afstand z van het focusseringspunt.

25 Bij de definitie van de straal van WO en W(z) is uitgegaan van de waarde waar de lichtintensiteit op de straal gelijk is aan 1/e2 van de axiale waarde.

Een en ander is toegelicht in figuur 4c die symmetrisch is ten opzichte van het focusseringspunt. W(z) is bijvoorbeeld de straal van de 30 bundel B' op het buitenoppervlak van de rechter kant van de lens 18, terwijl WO de straal van de bundel is in het focusseringspunt FP2.

Uit deze formule volgt dat voor een spotdiameter van 120 μπι op een afstand van 150 cm vanaf de focusseringsmiddelen een grotere bundeldia-meter op het laatste oppervlak van de lens 18 noodzakelijk is dan bij 35 een afstand van 70 cm. De aanwezigheid van de kleine opening 15, die een gedeelte van de lichtbundel B onderschept zorgt voor het gewenste ef- 10 00 924.

11 feet. Het blijkt dat de kleine opening 15 en de positie van de opening 15 ten opzichte van lens 3 zodanig kan worden gedimensioneerd, dat de spotdiameter in het focusseringspunt FP2, zowel in de situatie volgens figuur 4a als voor die volgens figuur 4b ongeveer gelijk is aan 120 μπι.

5 Daarbij wordt tevens een tweede effect bereikt. Het door het object ontvangen licht wordt voor een klein deel teruggekaatst en ontvangen door een in de nabijheid van de autofocusseerinrichting opgestelde sensor (niet getoond). De door de sensor ontvangen hoeveelheid licht is ongeveer omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tussen 10 object en sensor, indien de op het object vallende hoeveelheid licht constant is. Daarnaast zal al sprake zijn van een variatie in gereflecteerd licht door de verscheidenheid van toegepaste objecten. Dat betekent extra zware eisen aan het bereik van de achter de sensor toegepaste analoge versterker. Dit kan aanzienlijk worden verbeterd door te bewerk-15 stelligen dat de door de sensor ontvangen hoeveelheid licht t.g.v. afstandvariatie meer constant blijft. Daartoe wordt genoemd lichtonder-scheppingsmiddel 16 zodanig gedimensioneerd, dat bij de grootste afstand van FP2 tot de autofocuseerinrichting al het laserlicht wordt doorgelaten, terwijl de hoeveelheid licht bij kleinere afstanden tot FP2 gelei-20 delijk en in de juiste proportie door genoemd onderscheppingsmiddel wordt beperkt.

Met behulp van eenvoudige optische wetmatigheden kan worden afgeleid dat voor de afstanden x1 en x2 (zie figuren 4a en 4b) het volgende verband geldt: 25 x2 = K1/x1 (2) met: K1 = een constante.

Uit deze laatste vergelijking volgt, dat x2 dus omgekeerd evenredig is met de verplaatsing van de beweegbare lens 3.

30 Voor het meten van de axiale verplaatsing van de beweegbare lens 3 wordt gebruik gemaakt van de metalen plaat 10 en de beide daartegenover geplaatste metalen platen 11 en 12. Figuur 5a toont de metalen platen 10, 11, 12 en de beweegbare lens 3 ondersteund door de lensondersteuning 4 in zijn meest rechtse positie, dat wil zeggen de positie waarin de 35 afstand p tussen de metalen plaat 10 en de beide metalen platen 11 en 12 minimaal is. Figuur 5b toont de situatie waarin de afstand p, zoals weergegeven in figuur 5a, is toegenomen tot een afstand ρ+Δρ. In figuur 5c zijn de metalen platen 10, 11 en 12 in perspectief aanzicht weergege- 1000924.

12 ven met weglating van alle overige onderdelen van de autofocusseerin-richting. In figuur 5c is schematisch aangegeven dat tussen de platen 10 en 12 een capaciteit C1 aanwezig is, terwijl tussen de platen 10 en 11 een capaciteit C2 aanwezig is. De capaciteitswaarden van de capaciteiten 5 C1, C2 hangen af van de onderlinge afstand p tussen de metalen plaat 10 en de beide metalen platen 11, 12. Door de afstand p te veranderen, veranderen zowel 'de capaciteitswaarden van de capaciteit C1 als van de capaciteit C2. Derhalve verandert de totale capaciteit tussen de platen 11 en 12 door het veranderen van de afstand p. Het voordeel van de in 10 figuren 5a t/m 5c getoonde constructie is, dat slechts de vaste metalen platen 11 en 12 electrisch verbonden dienen te worden, terwijl de beweegbare metalen plaat 10 geen spanningsaansluiting nodig heeft.

Uit eenvoudige elektronische wetmatigheden volgt, dat met behulp van de metalen platen 10, 11, 12 een capacitieve verplaatsingsopnemer is 15 gerealiseerd, waarmee een elektrisch signaal q kan worden verschaft, dat omgekeerd evenredig is met de afstand p: g = K2/p (3) met: 20 K2 = constant

Het elektrische signaal q kan ofwel een spanning ofwel een stroom zijn. Aangezien de verandering van de afstand p gelijk is aan de verandering van de afstand x1, is het signaal q ook omgekeerd evenredig met de verplaatsing van de beweegbare lens 3.

25 Het spreekt vanzelf, dat de onderlinge afstand tussen de metalen platen 10 en 11 en die tussen de metalen platen 10 en 12 niet aan elkaar gelijk hoeven te zijn. Ten behoeve van de berekeningen en een regelin-richting voor het regelen van de gewenste verplaatsing van de beweegbare lens 3 verdient dit echter wel de voorkeur.

30 Figuur 6 toont een regelinrichting voor het regelen van de ver plaatsing van de beweegbare lens 3. Figuur 6 toont een afstandmeter 26 voor het bepalen van de afstand tussen de autofocusseerinrichting volgens de uitvinding en het object (niet weergegeven). De afstandmeter 26 verschaft een uitgangssignaal pO, dat kan worden opgevat als de gewenste 35 verplaatsing van de beweegbare lens 3. Het gewenste verplaatsingssignaal pO wordt toegevoerd aan een vergelijkingseenheid 25, die tevens het genoemde elektrische signaal q van een met 24 aangegeven verplaatsingsopnemer ontvangt. De verplaatsingsopnemer 24 omvat bij voorkeur de 10 00 924.

13 capacitieve verplaatsingsopnemer volgens figuren 5a t/m 5c. Vergelij-kingseenheid 25 trekt het signaal q af van het signaal pO en levert een verschilsignaal e. Het verschilsignaal e wordt toegevoerd aan een regel-eenheid 22, die op basis daarvan een stuursignaal verschaft voor een 5 actuator 23. De actuator bestaat bij voorkeur uit de spoel 7 en de ringvormige magneet 8, zoals weergegeven in figuur 1. De actuator 23 verplaatst daarmee de beweegbare lens 3 in afhankelijkheid van de waarde van het verschilsignaal e.

Behalve de bovengenoemde vergelijking (2) voor x2 in afhankelijk-10 heid van xl, en vergelijking (3) voor q in afhankelijkheid van p gelden de beide volgende vergelijkingen: q = pO-c (4) 15 p = x1+ct (5)

In vergelijking (5) wordt met a de ongelijkloop tussen de metalen platen 10 en 11, en 10 en 12, en de afstand x1 tussen de brandpunten f1 en f3 (zie figuur 4a) aangeduid. Door in de rusttoestand de waarde van 20 p (figuur 5c) gelijk te maken aan de waarde x1 (zie figuur 4a), geldt a = 0.

Voorts wordt de regeleenheid 22 bij voorkeur zodanig ingesteld, dat de waarde van het verschilsignaal ε gelijk blijft aan nul (dat wil zeggen de regeleenheid 22 heeft een hoge versterkingsfactor). In dat geval, 25 en in het geval α = 0, volgt uit de vergelijkingen (2) t/m (5) de volgende vergelijking: x2 = pO . K1/K2 (6) 30 In dat geval geldt met andere woorden een lineair verband tussen de afstand x2 van het focusseringspunt FP2 ten opzichte van het brandpunt f2 (zie figuur 4a) en het signaal pO, dat een gewenst verplaatsings-signaal voor de beweegbare lens 3 voorstelt. Dit resultaat is derhalve verkregen doordat er een omgekeerd evenredig verband bestaat tussen, de 35 afstanden x2 en x1 en dit omgekeerd evenredige verband als het ware wordt gecompenseerd door de capacitieve verplaatsingsopnemer 24, die een elektrisch signaal q verschaft, dat op zijn beurt weer omgekeerd evenredig is met de waarde x1. De capacitieve verplaatsingsopnemer kan elke 1000924.

14 bekende vorm hebben, al is die volgens de figuren 5a t/m 5c geschikt gebleken. De in figuur 6 gegeven regelinrichting is eenvoudig en maakt een terugkoppellus, waarin de werkelijke afstand tussen het focusse-ringspunt FP2 en de focusseringsinrichting wordt gemeten overbodig. Het 5 is voldoende om de verplaatsing van de beweegbare lens 3 als terugkop-pelgrootheid te gebruiken.

Tenslotte wordt nog opgemerkt dat de in figuur 6 getoonde schake-lingscomponenten 25 en 22 ook met behulp van geschikte software in een microcomputer kunnen worden geïmplementeerd.

10 00 924 .

Claims (13)

1. Autofocusseerinrichting omvattende een huis (2), een lichtbron (1) voor het genereren van een lichtbundel (B) langs een optische as 5 (19), beweegbare lensmiddelen (3) opgesteld op de optische as (19) voor het ontvangen en doorlaten van de lichtbundel (B) afkomstig van de lichtbron (1) en met een voorafbepaalde eerste brandpuntsafstand (f3), afbeeldlensmiddelen (17, 18) opgesteld op de optische as (19) voor het ontvangen en doorlaten van de lichtbundel (B) afkomstig van de beweegba-10 re lensmiddelen (3) en met een voorafbepaalde tweede brandpuntsafstand (f 1), waarbij de eerste (f3) en tweede (f1) brandpuntsafstand op een voorafbepaalde eerste afstand (x1) van elkaar op de optische as (19) zijn gelegen, een actuator (23) voor het in de axiale richting verplaatsen van de beweegbare lensmiddelen (3), een regeleenheid (22) voor het 15 verschaffen van een regelsignaal aan de actuator (23), een capacitieve verplaatsingsopnemer (24) voor het meten van de verplaatsing van de beweegbare lensmiddelen (3) en het verschaffen van een werkelijk ver-plaatsingssignaal (q), middelen (26) voor het verschaffen van een gewenst verplaatsingssignaal (p0) en een vergelijkingseenheid (25) voor 20 het vergelijken van het gewenste (pO) en het werkelijke verplaatsingssignaal (q) en het verschaffen van een foutsignaal (c) aan de regeleenheid (22).

2. Autofucusseerinrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat 25 capacitieve verplaatsingsopnemer (24) een eerste plaatvormige geleider (10), een tweede plaatvormige geleider (11) en een derde plaatvormige geleider (12) omvat, welke eerste plaatvormige geleider (10) zodanig is bevestigd dat deze met de beweegbare lens (3) kan mee bewegen, terwijl de tweede (11) en derde (12) plaatvormige geleiders vast met het huis 30 (2) zijn verbonden.

3. Autofucusseerinrichting volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat de eerste (10), de tweede (11) en derde (12) plaatvormige geleiders zijn gevormd door een op een kunststof materiaal opgedampte metaallaag. 35

4. Autofucusseerinrichting volgens conclusie 2 of 3 met het kenmerk, dat de tweede (11) en derde (12) plaatvormige geleiders aan dezelfde kant van en althans nagenoeg op eenzelfde tweede afstand (p) 1000924. parallel aan de eerste plaatvormige geleider (10) zijn opgesteld.

5. Autofucusseerinrichting volgens een van de voorgaande conclusies met het kenmerk, dat de middelen voor het verschaffen van een gewenst 5 verplaatsingssignaal (pO) een afstandmeter (26) voor het meten van de afstand van de autofocusseerinrichting tot een vooraf bepaald object omvatten.

6. Autofocusseerinrichting volgens een van de voorgaande conclusies 10 met het kenmerk, dat de lichtbron een laserbron (1) is.

7. Autofocusseerinrichting volgens een van de voorgaande conclusies met het kenmerk, dat de beweegbare lensmiddelen (3) worden ondersteund door een lensondersteuning (4), die met een mechanische rechtgeleiding 15 (5a, 5b, 6a, 6b) aan het huis (2) is bevestigd voor verende axiale verplaatsing van de lensondersteuning (4) met de beweegbare lensmiddelen (3) langs de optische as (19).

8. Autofocusseerinrichting volgens conclusie 7 met het kenmerk, dat 20 de mechanische rechtgeleiding een eerste bladveervormig membraan (5a) en een tweede bladveervormig membraan (6a) omvat, waarbij het tweede bladveervormig membraan (6a) op enige afstand van en althans nagenoeg parallel aan het eerste bladveervormig membraan (5a) is aangebracht.

9. Autofocusseerinrichting volgens een van de voorgaande conclusies met het kenmerk, dat de actuator een ringvormige magneet (8) en een spoel (7) voor het in axiale richting verplaatsen van de magneet (8) omvat.

10. Autofocusseerinrichting volgens conclusie 9 met het kenmerk, dat de magneet (8) is gemaakt van neodynium.

11. Streepjescode-aftastinrichting voorzien van een autofocusseerinrichting volgens een van de voorgaande conclusies. 35

12. Werkwijze voor het autofocusseren van een lichtbundel (B) omvattend de volgende stappen: - het genereren van een lichtbundel (B) langs een optische as (19) 1000924 met een lichtbron (1), - het ontvangen en doorlaten van de lichtbundel (B) afkomstig van de lichtbron (1) met beweegbare lensmiddelen (3) opgesteld op de optische as (19) en met een voorafbepaalde eerste brandpuntsafstand (f3), 5. het ontvangen en doorlaten van de lichtbundel (B) afkomstig van de beweegbare lensmiddelen (3) met afbeeldlensmiddelen (17, 18) opgesteld op de optische as (19) en met een vooraf bepaalde tweede brandpuntsafstand (f1), waarbij de eerste (f3) en tweede (f1) brandpuntsafstanden op een voorafbepaalde eerste afstand (x1) van elkaar op de opti- 10 sche as (19) zijn gelegen, - het capacitief meten van de verplaatsing van de beweegbare lensmiddelen (3) en het verschaffen van een werkelijk verplaatsingssignaal (q), - het verschaffen van een gewenst verplaatsingssignaal (p0), 15. het vergelijken van het gewenste (pO) en het werkelijke verplaat singssignaal (q) en het verschaffen van een foutsignaal (c), - het verplaatsen van de beweegbare lensmiddelen (3) in afhankelijkheid van het foutsignaal (e).

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat deze voorts de volgende stappen omvat: - het meten van de afstand tussen een van een streepjescode voorzien object en de vaste lensmiddelen (17, 18) en het verschaffen van het gewenste verplaatsingssignaal (pO) in afhankelijkheid daarvan; 25. het opvangen van door de streepjescode gereflecteerd licht ten gevolge van de althans nagenoeg op de streepjescode gefocusseerde lichtbundel (B); - het evalueren van het gereflecteerde licht ter detectie van de streepjescode. 30 ***** 10 00 924.