NL1000923C2 - Autofocusseerinrichting. - Google Patents

Description

Autofocusseerinrichting

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een autofocusseerinrichting, die bijvoorbeeld kan worden gebruikt voor een optische aftast-5 inrichting voor het aftasten van een code, bijvoorbeeld een streepjescode, op een object.

Autofocusseerinrichtingen zijn op zichzelf bekend. In 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 autofo-cussering 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.

Het doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een 35 autofocusseerinrichting, die bijvoorbeeld in aftastinrichtingen 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 10 00 923.

2 autofocusseerinrichting en waarbij de af te tasten streepjescodes het aftastgebied passeren met een snelheid van bijvoorbeeld 2,5 meter per seconde.

Derhalve heeft de uitvinding betrekking op een autofocusseerinrich-5 ting omvattende een huis, een lichtbron voor het genereren van een lichtbundel langs een optische as, beweegbare lensmiddelen opgesteld op de optische as voor het ontvangen en doorlaten van de lichtbundel afkomstig van de lichtbron en met een vooraf bepaalde eerste brandpuntsafstand, afbeeldlensmiddelen opgesteld op de optische as voor het ontvan-10 gen en doorlaten van de lichtbundel afkomstig van de beweegbare lensmiddelen en met een vooraf bepaalde tweede brandpuntsafstand, waarbij de eerste en tweede brandpuntsafstand op een voorafbepaalde eerste afstand van elkaar op de optische as zijn gelegen, en lichtbundelonderschep-pingsmiddelen voorzien van een kleine opening rondom de optische as voor 15 het doorlaten van tenminste een deel van de lichtbundel, welke lichtbun-delonderscheppingsmiddelen zijn opgesteld tussen de beweegbare lensmiddelen en de afbeeldlensmiddelen.

Een dergelijke autofocusseerinrichting is relatief eenvoudig, omdat deze in essentie kan bestaan uit één beweegbare lens en één vaste lens. 20 Zowel de vaste lensmiddelen als de beweegbare lensmiddelen kunnen uit één of meer sublenzen bestaan. Tussen de vaste lensmiddelen en de beweegbare lensmiddelen bevinden zich lichtbundelonderscheppingsmiddelen voorzien van een kleine opening, bijvoorbeeld een diafragma. Afhankelijk van de positie van de opening ten opzichte van de beweegbare lensmidde-25 len kan een gedeelte van de door de beweegbare lensmiddelen doorgelaten lichtbundel door de lichtbundelonderscheppingsmiddelen worden onderschept. De diameter van de lichtbundel, die op de vaste lensmiddelen valt, wordt gevarieerd door de afstand tussen de beweegbare lensmiddelen en de kleine opening te variëren. Het blijkt dat met een dergelijke 30 autofocusseerinrichting de spotafmeting binnen redelijke grenzen constant blijft bij variatie van de afstand tussen het focusseringspunt en de autofocusseerinrichting van ongeveer 70 cm tot op ongeveer 150 cm. Derhalve kunnen objecten op een dergelijke afstand van de autofocusseerinrichting steeds met ongeveer dezelfde spotdiameter worden afgetast.

35 De lichtbron is bij voorkeur een laserbron. Door gebruik van een laserbron kan de spotdiameter zeer klein worden gehouden. Een spotdiameter van 120 μιη in het focusseringspunt kon worden bereikt bij een variërende focusseringsafstand van ongeveer 70 cm tot ongeveer 150 cm vanaf 10 00 923.

3 de focusseringsinrichting.

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 5 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 10 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-15 leiding is in de praktijk een maximale axiale verplaatsing van 0,53 mm gerealiseerd, waarbij de maximale radiale afwijking minder dan 6 pm bleef. Indien een minder grote radiale afwijking gewenst is, kan bijvoorbeeld een identieke mechanische rechtgeleiding in spiegelbeeld, parallel aan en gekoppeld met de genoemde mechanische rechtgeleiding 20 worden toegepast, waarbij de radiale afwijkingen elkaar compenseren.

De autofocusseerinrichting heeft bij voorkeur een regelinrichting, welke omvat: 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 verplaatsingsopnemer voor het 25 meten van de verplaatsing van de beweegbare lensmiddelen en het verschaffen van een werkelijk verplaatsingssignaal, een afstandmeter voor het meten van de afstand van de autofocusseerinrichting tot een vooraf bepaald object en het verschaffen van een gewenst verplaatsingssignaal en een vergelijkingseenheid voor het vergelijken van het gewenste en het 30 werkelijke verplaatsingssignaal en het verschaffen van een foutsignaal aan de regeleenheid.

In een dergelijke regelinrichting wordt het gewenste verplaatsingssignaal dus afgeleid uit de waargenomen afstand tussen de autofocusseerinrichting en het object waarvan bijvoorbeeld een code moet worden afge-35 tast. Deze afstand wordt vertaald in een gewenst verplaatsingssignaal, dat wordt vergeleken met de werkelijke verplaatsing van de beweegbare lens ten opzichte van een vooraf bepaalde referentiepositie. Door het verschaffen van een foutsignaal door de vergelijkingseenheid aan de 10 00 923.

4 regeleenheid wordt de actuator opdracht gegeven om de beweegbare lens op een zodanige positie in te stellen, dat de werkelijke verplaatsing gelijk wordt aan de gewenste verplaatsing. Met een dergelijke regelinrich-ting wordt dus de verplaatsing van de beweegbare lens met behulp van een 5 terugkoppellus ingesteld. De aldus bewerkstelligde afstand van het focus seringspunt tot de autofocusseerinrichting hoeft niet te worden gemeten, hetgeen in de praktijk ook lastiger is dan het meten van de verplaatsing van de beweegbare lensmiddelen. Opgemerkt wordt nog dat het opnamesignaal snel is, hetgeen de snelheid van de regelkring ten goede 10 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 zich zelf bekende wijze op ieder gewenst moment (extra en naar wens aperiodiek) worden versneld of ver-15 traagd.

Bij voorkeur omvat de actuator een ringvormige magneet en een spoel voor het in axiale richting verplaatsen van de magneet. De magneet is bij voorkeur gemaakt van neodynium.

Op voordelige wijze kan de verplaatsingsopnemer de verplaatsing van 20 de beweegbare lensmiddelen capacitief meten. Een dergelijke meting is namelijk snel en sluit goed aan bij de wens om de instelling van het focusseringspunt zo snel mogelijk tot stand te brengen.

Voorts heeft de uitvinding betrekking op een streepjescode-aftast-inrichting die is voorzien van een autofocusseerinrichting zoals hier-25 boven gedefinieerd. Dergelijke streepjescode-aftastinrichtingen kunnen streepjescodes met een moduulbreedte van 190 μη of meer op een afstand van ongeveer 70 cm tot ongeveer 150 cm met voldoende nauwkeurigheid meten. Een autofocusseerinrichting volgens de onderhavige uitvinding blijkt het focusseringspunt gemakkelijk binnen een tijdsperiode van 20 30 milliseconden met een afwijking van minder dan 5 cm de gewenste afstand van het focusseringspunt tot de aftastinrichting te kunnen instellen.

De uitvinding zal hierna nader worden toegelicht aan de hand van enkele tekeningen, die een uitvoeringsvorm van de autofocusseerinrichting volgens de uitvinding illustreren. Daarbij wordt opgemerkt, dat de 35 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- 10 0 0 S 2 3 5 richting volgens de uitvinding; figuur 2 toont een doorsnede van de autofocusseerinrichting volgens figuur 1 langs de lijn II-II, en wel daar waar een beweegbare lens met behulp van een bladveervormige rechtgeleiding aan het huis van de auto-5 focusseerinrichting is opgehangen; figuren 3a, 3b, 3c en 3d geven in schematische weergave het principe weer van de mechanische rechtgeleiding in overeenstemming met voor-keursuitvoeringsvormen van de uitvinding; figuren 4a, 4b en 4c geven schematisch weer hoe een gedeelte van 10 een gegenereerde lichtbundel kan worden onderschept met behulp van een diafragma voorzien van een kleine opening, dat is opgesteld tussen de 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; 15 figuur 6 toont een regelinrichting voor het regelen van de gewenste 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 20 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 25 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 30 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-35 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 10 00 923.

6 geschikte uitstekende delen van het huis 2 aangebracht. De metalen platen 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 5 worden toegelicht. De metalen platen 10, 11, 12 kunnen bijvoorbeeld zijn gevormd door opgedampte metalen lagen op kunststof onderdelen. De vorm 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 10 weergegeven, voor het verschaffen van een werkelijk verplaatsingssignaal op basis van de capacitieve verplaatsingsmeting met behulp van de metalen 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 terug-15 gekaatst licht wordt opgevangen met een (niet getoonde) sensor, die een sensorsignaal voor 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 20 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 de optische as 19. Lichtbundelonderscheppingsmiddelen 16 bestaan bijvoorbeeld uit een geschikt diafragma.

25 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-30 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-35 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 10 00 92 ï 7 aan de lensondersteuning 4 is bevestigd. De metalen schijf 5b is bij 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 5 bevindt zich een spleet 20, zodat de lensondersteuning 4 vrij in axiale richting langs de optische as 19 verplaatsbaar is.

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

10 Figuren 3a en 3b tonen schematisch de rechtgeleidende werking van de beide bladveervormige lippen 5a en 6a. De beide bladveervormige 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 15 8 een kracht worden uitgeoefend, bijvoorbeeld in de richting van de 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 20 in de praktijk bijvoorbeeld een axiale verplaatsing van 0,53 mm gerealiseerd, waarbij de vertikale verplaatsing minder dan 6 μπι bleef.

Indien een geringere vertikale 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 25 en 6c 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-30 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 35 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 10 00 923.

8 lensondersteuning 4 en lens 3. Ook andere rechtgeleidingsmiddelen die 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 5 sterke magneet 8 bevindt, dienen zij van een niet-magnetisch verend materiaal te worden gemaakt.

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 af-10 stand aangegeven met χ+Δχ, waarbij Δχ de verplaatsing van de beweegbare lens 3 aangeeft.

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 15 figuren stellen dezelfde verwijzingscijfers als in de voorgaande figuren 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 20 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 25 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 f1, gezien in de richting van de beweegbare lens 3 en een brandpuntsafstand 30 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 35 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 10 00 923.

9 ongeveer 150 cm. In figuur 4a is de situatie weergegeven, dat de beweegbare 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 5 autofocusseerinrichting, dat wil zeggen in de toestand waarin z2 ongeveer gelijk is aan 150 cm.

In figuur 4b is de situatie weergegeven dat de beweegbare lens 3 over een afstand Ax1 naar links is verschoven, waardoor een gedeelte van de door de beweegbare lens 3 gefocusseerde lichtbundel B door de licht-10 bundelonderscheppingsmiddelen 16 wordt onderschept. Slechts een gedeelte van de na het focusseringspunt FP1 divergerende lichtbundel B wordt door 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 15 figuur 4a, ligt het focusseringspunt FP2 dichter bij de focusseringsin-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-20 puntsafstanden f1 en f2 in de ordegrootte van 25 mm liggen, de spotdia-meter in het focusseringspunt FP2 ongeveer 120 μπ\ 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. 25 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 30 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) = (1)

π . WO

met: 35 λ = de golflengte van het gebruikte laserlicht z = de afstand tussen het focusseringspunt en het buitenoppervlak 10 00 923.

10 van de lens WO = de straal van de bundel in het focusseringspunt en W(z) = de bundelstraal op een afstand z van het focusseringspunt.

Bij de definitie van de straal van WO en W(z) is uitgegaan van de 5 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 bundel B' op het buitenoppervlak van de rechter kant van de lens 18, 10 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 een afstand van 70 cm. De aanwezigheid van de kleine opening 15, die een 15 gedeelte van de lichtbundel B onderschept zorgt voor het gewenste effect. 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 μΓη. 20 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 25 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-30 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-35 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 10 0 0 S - 11 verband geldt: x2 = K1/x1 (2) met: K1 = een constante.

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

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 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 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 15 5c zijn de metalen platen 10, 11 en 12 in perspectief aanzicht weergegeven 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 20 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 25 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 30 gerealiseerd, waarmee een elektrisch signaal q kan worden verschaft, dat omgekeerd evenredig is met de afstand p: q = K2/p (3) met: 35 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 1 0 0 0 S t 12 de verplaatsing van de beweegbare lens 3.

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-5 richting voor het regelen van de gewenste verplaatsing van de beweegbare lens 3 verdient dit echter wel de voorkeur.

Figuur 6 toont een regelinrichting voor het regelen van de verplaatsing van de beweegbare lens 3. Figuur 6 toont een afstandmeter 26 voor het bepalen van de afstand tussen de autofocusseerinrichting vol-10 gens de uitvinding en het object (niet weergegeven). De afstandmeter 26 verschaft een uitgangssignaal p0, dat kan worden opgevat als de gewenste 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 verplaatsings-15 opnemer ontvangt. De verplaatsingsopnemer 24 omvat bij voorkeur de capacitieve verplaatsingsopnemer volgens figuren 5a t/m 5c. Vergelij-kingseenheid 25 trekt het signaal q af van het signaal pO en levert een verschilsignaal ε. Het verschilsignaal ε wordt toegevoerd aan een regel-eenheid 22, die op basis daarvan een stuursignaal verschaft voor een 20 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 ε.

Behalve de bovengenoemde vergelijking (2) voor x2 in afhankelijk-25 heid van x1, en vergelijking (3) voor q in afhankelijkheid van p gelden de beide volgende vergelijkingen: q = pO-e (4) 30 p = x1+a (5)

In vergelijking (5) wordt met α 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 35 p (figuur 5c) gelijk te maken aan de waarde x1 (zie figuur 4a), geldt α = 0.

Voorts wordt de regeleenheid 22 bij voorkeur zodanig ingesteld, dat de waarde van het verschilsignaal ε gelijk blijft aan nul (dat wil zeg 10 00 923.' 13 gen de regeleenheid 22 heeft een hoge versterkingsfactor). In dat geval, en in het geval a = 0, volgt uit de vergelijkingen (2) t/m (5) de volgende vergelijking: 5 x2 = pO . K1/K2 (6)

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-10 signaal voor de beweegbare lens 3 voorstelt. Dit resultaat is derhalve verkregen doordat er een omgekeerd evenredig verband bestaat tussen de afstanden x2 en x1 en dit omgekeerd evenredige verband als het ware wordt gecompenseerd door de capacitieve verplaatsingsopnemer 24, die een elektrisch signaal g verschaft, dat op zijn beurt weer omgekeerd even-15 redig is met de waarde x1. De capacitieve verplaatsingsopnemer kan elke 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 focusseringspunt FP2 en de focusseringsinrichting wordt gemeten overbodig. Het 20 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 00 923

Claims (10)

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 vooraf bepaalde 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 vooraf bepaalde tweede brandpuntsafstand (f1), waarbij de eerste (f3) en tweede (f1) brandpuntsafstand op een voorafbepaalde eerste afstand (x1) van elkaar op de optische as (19) zijn gelegen, en lichtbundelonderscheppingsmiddelen (16) voorzien van een kleine opening (15) rondom de optische as (19) voor het doorlaten 15 van tenminste een deel van de lichtbundel (B), welke 1ichtbunde1onder-scheppingsmiddelen (16) zijn opgesteld tussen de beweegbare lensmiddelen (3) en de afbeeldlensmiddelen (17, 18).

2. Autofocusseerinrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat 20 de lichtbron een laserbron (1) is.

3. Autofocusseerinrichting volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk, dat de beweegbare lensmiddelen (3) worden ondersteund door een lensondersteuning (4), die met een mechanische rechtgeleiding (5a, 5b, 25 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).

4. Autofocusseerinrichting volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat 30 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.

5. Autofocusseerinrichting volgens een van de voorgaande conclusies met het kenmerk, dat deze voorts omvat een actuator (23) voor het in de axiale richting verplaatsen van de beweegbare lensmiddelen (3), een regeleenheid (22) voor het verschaffen van een regelsignaal aan de actu- 10 0 0 61 1 ator (23), een verplaatsingsopnemer (24) voor het meten van de verplaatsing van de beweegbare lensmiddelen (3) en het verschaffen van een werkelijk verplaatsingssignaal, een afstandmeter (26) voor het meten van de afstand van de autofocusseerinrichting tot een vooraf bepaald object en 5 het verschaffen van een gewenst verplaatsingssignaal en een vergelij-kingseenheid (25). voor het vergelijken van het gewenste en het werkelijke verplaatsingssignaal en het verschaffen van een foutsignaal aan de regeleenheid (22).

6. Autofocusseerinrichting volgens conclusie 5 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.

7. Autofocusseerinrichting volgens conclusie 6 met het kenmerk, dat 15 de magneet (8) is gemaakt van neodynium.

8. Autofocusseerinrichting volgens een van de conclusies 5, 6 of 7 met het kenmerk, dat de verplaatsingsopnemer (24) de verplaatsing van de beweegbare lensmiddelen (3) capacitief meet. 20

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

***** 10 00 Sit.