DE3635560A1 - Aktive opto-elektronische anordnung zur automatischen fokussierung - Google Patents

Description

Die Erfindung kann zur automatischen Fokussierung auf strukturierte und nicht strukturierte Flächen beliebigen Reflexionsvermögens angewandt werden.

Bekannte technische Lösungen lassen sich nach dem Prinzip in zwei Gruppen einteilen, von denen die eine mit Hilfe von Ultraschall und die andere mit Licht funktioniert. Die erste Gruppe arbeitet nach dem Echoverfahren und die zweite beruht auf Phasenvergleich, auf dem Prinzip der Schwingspiegel und auf Triangulationsverfahren. Weitere bekannte Verfahren verwenden die Ortsfrequenzfilterung des Objektes oder einer erzeugten Objektstruktur.

Die Nachteile dieser Methoden sind folgende: Das Echoverfahren mit Ultraschall ist in der Laufmessung begrenzt und für Fokussiergenauigkeiten von ca. 1 µm bis 1 mm nicht geeignet.

Der Phasenvergleich nutzt die direkte Entfernungsmessung über die Auswertung von auf Licht aufmodulierten Frequenzen und deren Phasenlage zueinander. Die Genauigkeit ist durch die erzielbaren Frequenzen bestimmt. Die Schwingspiegelmethode ist auf Triangulationsverfahren zurückzuführen und somit durch den Basisabstand der schwingenden Spiegel begrenzt.

Die entsprechenden Genauigkeiten werden nur bei genügendem Basisabstand erreicht, der Platzbedarf ist beträchtlich. Bei spiegelnden Oberflächen läßt sich eine Verkippung nicht eindeutig von einer Deckenfokussierung unterscheiden.

Ortsfrequenzfilterungsverfahren sind zwar in der Genauigkeit zu bevorzugen, allerdings müssen bei automatischen Fokussierungen, wo das Objekt selbst gefiltert wird, auch entsprechende Ortsfrequenzen enthalten sein. Auf unstrukturierte Flächen kann nicht fokussiert werden. Wird eine in einem anderen Raum erzeugte Struktur auf das Objekt fokussiert, muß das Objekt möglichst strukturlos sein, um die Fokussierung nicht zu stören. Das Verfahren kann nicht auf diffus reflektierenden Flächen angewandt werden.

Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung anzugeben, mit der ohne apparativen Mehraufwand automatische Fokussierung durchgeführt werden kann und die Nachteile des bekannten Standes der Technik nicht mehr auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, mit der eine automatische Fokussierung unabhängig von der Lage, Form und Struktur der Fläche, auf die fokussiert werden soll, möglich ist. Diese Aufgabe löst eine aktive-optoelektronische Anordnung zur automatischen Fokussierung erfindungsgemäß dadurch, daß in der Anordnung an sich bekannte optische Bauelemente so kombiniert werden, daß im fokussierten Zustand ein Maximum an Energie gemessen wird.

Dazu sind folgende wesentliche Bauelemente vorgesehen: eine beleuchtete oder selbstleuchtende Blende, ein Objektiv zur Abbildung dieser Blende (Senderobjektiv), ein Intensitätsregler, ein Strahlungsteiler, ein Objektiv zur Fokussierung auf eine Fläche, ein Pupillenteiler, ein Empfängerobjektiv, eine Empfängerblende, ein Objektiv zur Abbildung der Pupille auf einen Empfänger.

Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die beleuchtete oder selbstleuchtende Blende durch das entsprechende Objektiv und das zu fokussierende Objektiv auf die zu fokussierende Fläche abgebildet wird, wobei das Bild der beleuchteten oder selbstleuchtenden Blende durch das zu fokussierende Objektiv und das Empfängerobjektiv auf eine entsprechend dem Abbildungsmaßstab gleiche oder komplementäre Blende abgebildet und die Intensität in der Pupille auf Maximum bzw. Minimum geregelt wird, um den fokussierten Zustand anzuzeigen. Die Fläche auf die fokussiert wird, kann organischer oder anorganischer Natur sein, strukturiert oder nicht strukturiert auf polierter oder nicht polierter, diffuser Oberfläche sein, kann eben oder gewölbt und in bestimmten Grenzen verkippt sein.

Die zur Fokussierung verwendete Strahlung kann ummoduliert oder zur Ausschaltung von Störgrößen moduliert sein und wird über einen Strahlungsteiler oder seitlich getaktet eingekoppelt.

Die Empfängerblende ist in ihren Abmessungen dem Bild der beleuchteten oder selbstleuchtenden Blende identisch. Wesentlich ist weiterhin, daß die aperturbegrenzenden Blenden des Senderobjektives, des Empfängerobjektives und des zu fokussierenden Objektives in der gleichen oder konjugierten Ebene liegen. Die aperturbegrenzenden Blenden von Sender- und Empfängerobjektiv sollen sich dabei nicht überdecken, sie sollen als Teilpupillen der Pupille des zu fokussierenden Objektives ausgebildet sein. Das schließt den Spezialfall der Halbpupillen mit ein.

Die Erfindung soll anhand einer Zeichnung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt die Anordnung schematisch.

Die beleuchtete oder selbstleuchtende Blende 1 wird über das Senderobjektiv 2, ein Element zur Intensitätsregelung 3, einen Pupillenteiler 4, einen Strahlteiler 5 und das Objektiv zur Fokussierung 6 auf die Objektivebene 7 abgebildet.

Das hierzu verwendete Licht kann zur Unterdrückung von Falschlichtanteilen moduliert sein. Der Pupillenteiler 4 dient zur Ausschaltung von Falschlichtanteilen, die infolge Reflexion an den Grenzflächen der nachgeordneten optischen Bauelemente entstehen.

Im fokussierten Zustand wird die auf die Objektivebene 7 abgebildete Blende 1 über das Objektiv zur Fokussierung 6, den Strahlteiler 5 und den Pupillenteiler 4 durch das Empfängerobjektiv 8 scharf auf die Empfängerblende 9 abgebildet. Die Empfängerblende 9 muß in Form von Abmessungen mit dem Bild der auf die Empfängerblende abgebildeten Blende 1 identisch sein.

Ist die Objektivebene 7 defokussiert, so wird die auf die Objektebene 7 abgebildete Blende 1 unscharf auf die Empfängerblende 9 abgebildet.

Die Empfängerblende 9 kann auch durch eine Komplementärblende gleicher Form und Größe ersetzt werden.

Zur Intensitätsmessung, die vorzugsweise in der Pupille erfolgen soll, wird die Pupille durch das Objektiv zur Pupillenabbildung 10 auf den lichtempfindlichen Empfänger 11 abgebildet. Im fokussierten Zustand wird ein Maximum an Energie gemessen, bei Einsatz der Komplementärblende ist die Energie ein Minimum.

Claims (3)

1. Aktive opto-elektronische Anordnung zur automatischen Fokussierung, bei der Strahlung auf eine Fläche fokussiert und der Fokussierzustand opto-elektronisch ausgewertet wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Anordnung aus einer beleuchteten oder selbstleuchtenden Blende (1), einem Senderobjektiv (2), einem Element zur Intensitätsregelung (3), einem Strahlteiler (5), einem Objektiv zur Fokussierung (6), auf eine Objektivebene (7) sowie einem Pupillenteiler (4), einem Empfängerobjektiv (8), einer Empfängerblende (9), einem Objektiv zur Pupillenabbildung (10) und einem lichtempfindlichen Empfänger (11) besteht, daß das Bild der Blende (1) auf eine gleiche oder komplementäre Blende (9) abgebildet und die Intensität in der Pupille als Maximum oder Minimum gemessen wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Fläche in der Objektivebene (7) eine polierte oder nicht polierte, diffuse Oberfläche, strukturiert oder nicht strukturiert, eben oder gewölbt und diskret gekippt ist, daß die zur Fokussierung verwendete Strahlung moduliert ist und zeitlich getaktet oder über den Strahlteiler (5) eingekoppelt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die aperturbegrenzenden Blenden des Senderobjektives (2), des Objektives zur Fokussierung (6) und des Empfängerobjektives (8) in der gleichen oder konjugierten Ebene liegen, daß sich die Blenden von Senderobjektiv (2) und Empfängerobjektiv (8) nicht überdecken, daß diese Blenden Teilpupillen der Pupille des Objektives zur Fokussierung (6) sind.