本发明涉及一种光学图象系统的调焦方法及装置，它以步进方式调节目标和物镜之间的距离，直至每次所确定的物镜的清晰度值达到最大为止。 在必须将图象系统尽可能精确地聚焦于如原版图象一类的近乎二维的表面上时，可使用这种光学图象系统的调节方法和装置。对需要将焦点再次调节到最佳而要预先调节聚焦状态的，使用该方法和装置尤其方便。
用于不同方面并有不同结构的光学图象系统的调焦及确定聚焦状态的方法和装置已是众所周知的。因此，实施这些方法时，对由于目标的种类不同（对象可以是二维或三维的，也可以是反差不足或高反差的），由于所希望的焦深范围不一，以及由于当时的某些要求所产生的种种问题都已得到了解决。在DE-PS3141182中公开了一种用来确定光学图象系统聚焦状态的设备，用该设备所确定的聚焦状态能够保证该确定尽可能地不受突然的物像变化的影响，而且是稳定的。为此，该专利中提出了一种存储器线路及数据分析处理线路，然而，该线路需要的步数很多，而且还会出现其它的问题。
对于也曾披露过的自动聚焦的显微镜，它用一个传感器能使大多数三维原图的每一个像点与其两个相邻点之间形成视亮度差，将所有像点地视亮度差相加，然后，调节物镜与目标的距离，再重新求出所谓的和，以此选择能使和为最大值的距离（见DE-OS3340647中所述）。
本发明的任务是提出如本文开始所提到的那类方法，该方法尤其在得知所期望的焦点范围的情况下可以迅速和可靠地修正预先给出的焦点值，而且能自动调节目标至物镜的距离和保持最佳的清楚度值。
此外，本文开始部分所提到的装置其维修和实际操作应很方便，即，应能自动清晰调焦，且精度高，可靠性大，能迅速适应已变换的原图，也许还要适应图片夹筒的直径变化。该装置还应能在工作准备装置上测定焦点，并将焦点转移到扫描装置上。对上述两种装置不要求相当高的绝对精确度。
实现本发明任务的方法步骤是：
a，在预先给定目标与物镜之间距离的情况下，测定出第一清晰度值;
b，在两个调节方向都是用具有第一步距（较大步距）的一步来改变距离，并确定其清晰度，以致于总共可得到三个清晰度值;
c，假设上述三个清晰度值是一条数学曲线上的点，而该曲线为与目标至物镜的距离的调节范围有关的清晰度值的二次、三次或更高次函数曲线;
d，用公知的几何步骤或数学步骤推导出该曲线的函数方程式，并确定相应曲线的函数;
e，通过确定与顶点有关的目标至物镜距离的调节值得出曲线的顶点值;
f，按所确定的调节值进行调节。
此外，本发明还提供一种与之相应的调节装置。
另，用数字处理方法也可以对例如在精确调节过程中所产生的细微差异进行可靠的处理;并将其存储，再求其平方，则可能求出最佳值。这样，在求和时，大差异求出的值比小差异求出的值高。从上述清晰度值可得出，跟哪些清晰度值有关的聚焦状态较好，以及在哪个方向可期望得到进一步的改进。如果调焦超过最大值，清晰度变得较小，则接着可根据本发明所述进行数据分析处理和调节。为了接近所希望的最佳聚焦状态，也可以开始选择步距较大的步，然后再选择较小的步，直至清晰度值的差不超过规定的边界值为止。由此可见，聚焦状态至少可趋于非常接近最佳值。对于确定清晰度值的扫描截距而言，可采用小块扫描行，例如大约长为512个像点的扫描行是合适的。由于本发明的方法和装置常常构思成简单地将截距选择在图片的中心区，因而只有在特殊情况下才需要特别选择像区，此时还要特别对像区进行精确调节（例如对材料样品）。因为可以在胶片中心上进行清晰调节，所以胶片及原图上的黑色表面对调节也是很适用的。
对于反射的原版图象，其扫描行截距长约为15mm，而对于透光的原版图象，其扫描行截距长约为10mm。当然，稍微偏离这些数据也在本发明的范围之内。在采用人工调节清晰度以确定清晰度值的扫描区内存在尽可能多的分辨清晰的图象细节时，根据本发明所述的方法不需取这种截距，因为本发明所提供的相应装置对作为目标的原版图象求值时不受其它的，如人眼的判断判据的影响。
实践证明，红色信道的视亮度信号尤其适于获取清晰度值，因为使用待扫描的原版图象时，从中逸出的氰萃取物对套色印刷中图象再现时聚焦效应的影响最大。为了获取清晰度值，在占次要地位的是黄色萃取物时，品红萃取物的存在也是重要的。
这种扫描适于图像系统的小扫描光阑情况，以便可解决一些细少的细节问题，而且可以通过改变它们的视亮度的办法使之见效。此外，应该在预先给出的图象系统的焦深不大时，也就是说在物镜光阑全开时进行扫描，使得小的聚焦状态变化，尤其是小的原版图像和光学系统之间的距离变化对清晰度值的影响尽可能大。
用至少一台电机，例如一台步进电机以改变聚焦状态。此外，步进电机的步距离应非常小，实际上使其为无级步进。这样，聚焦状态和所得清晰度之间可以具有确定的关系。也可以采压电驱动装置来调节，它是无级的，调节作用快效果好。另，调节聚焦状态时的步距从0.5mm至0.25mm较合适，最好为0.3mm。尤其在接近最佳值时，调节步距可减小到2μm（0.002mm）。
在第一次测定清晰度值之前，可将图象系统的聚焦状态调到一个合适的预定初始值上，例如调到清晰度调节所要求值的附近。在观察待扫描图像的情况下，初始值的调节，可以通过人工操作实现，以便节省时间，不需要在不清晰的状态下作长时间的调节。
也可以在原版图像的不同位置上将聚焦状态调到接近最高清晰度，再将每一位置的座标值以及其所属的聚焦状态存储起来，于是在对原版图象进行扫描时就可自动地再调节聚焦状态。如果待扫描区内原版图象的表面位置有所改变，例如由于支承筒偏心或者待扫描表面的轴不是非常直而是有些下偏从而致使上述位置改变时，可以在不同位置使聚焦状态调节在清晰度最高附近。采用微调聚焦状态可达要求。
下面将结合附图对本发明一个实例进行描述，其中：
图1部分地表示出各部件之间的相互联系，以及信号变换级的工作位置。
图2是表示用若干部件对所产生的清晰度信号进行处理和数据分析。
图3用曲线表示的清晰度值S与调节值R之间的关系。
由于测定聚焦状态的装置11的扫描转鼓10可以绕轴12旋转（轴的支承图中未示），该轴由电机13驱动，其转动方向为图中左端面所示的箭头Ry方向。安装在轴12另一端的座标传感器14通过传输线15输出座标信号，该信号与按转数10正面从下至上标出的y方向对原图17上的扫描窗16内所进行的扫描相适应。因此，电子扫描窗就确定出应该再制的原图区。
为了在如图所示的从左至右，并与轴12平行的X方向上进行扫描，尤其是直接用机械扫描，在转鼓10的前方需设置推进滑板18，该滑板通过螺杆20由电机19驱动，并沿与转鼓10的轴12平行的方向移动。座标传感器21经传输线22输出与之相应的X座标信号。
在推进滑板18上装有光电扫描机构25，该机构可以在正对着转鼓10表面的滑板距离内沿着滑动杆26和27移动。该扫描机构可借助于一根由电机28驱动的螺杆29在Z方向移动。
由扫描机构25给出的辐射锥体30应使原图17的像点31视亮度聚焦于扫描窗16内，该视亮度位于扫描线32上。在这种情况下，所得到的红、绿、兰彩色测量值信号通过传输线33r，33g，33b被输入A/D转换器34中，再经信号成形级35输出数字形式的色彩信号R、G和B，以便作进一步的信号处理。
传输线33r，33g和33b中的色彩测量值信号R、G和B经A/D转换器34数字化为12比特色彩信息，再经信号成形级35预处理，例如用对数形式表示，并经过白色补偿。信号成形级输出端所输出的彩色测量值信号R、G和B经过进一步处理，例如色彩校正，然后再被送入一个圈中未标出的记录器或其它的记录仪中。
原图17上的扫描窗16可确定出待扫描区的座标，其中在轴向，其左边界用X1表示，右边界用X2表示，旋转方向Ry的切向下边界用Y1表示，上边界用Y2表示。
为了将所要求的焦点调节到具有高的图像清晰度，在扫描机构25中的光程内要装一个小的扫描光阑，它可提供直径为0.02mm的扫描点31。在进一步处理时，为了对彩色测量值信号R、G和B进行调节，在偶而需要作白色补偿时也可以使用这种扫描光阑。
通过计算可以得出用于扫描，尤其是用于实现分色的扫描光阑（操作光阑）的大小。通常，这种光阑比用于焦点较正的扫描光阑大。上面所提到的白色补偿也可通过操作光阑来实现。
为了调节聚焦状态，必须用扫描点31对一段原图进行扫描，图1中与该段相对应的是扫描线32的中心部分36，在扫描点31处的座标值X3就位于该部分36的中心。再将这些座标值输入中心控制单元38内，在控制单元38的侧面输入端连接输入各X座标值的传输线22，及各Y座标值的传输线15。该控制单元38经输出线39控制电机控制器40，以便通过电机19将X值调节到所要求的值X3上。
从信号成形级35输出端输出的色彩信号R经过传输线41输送到信号处理级42中，再从信号处理级42的输出端经过计算级43和传输线44输入到电机控制器45中，以便控制聚焦调节电机28。
Z3输入值经过控制单元38，传输线46，电机控制器45以及电机28将聚焦调节到初始值上，该值可由存储器以任何方式预先给定，也可以用一个由手操纵的调节器进行人工调节，同时通过一个未图示的图象再现装置对调节的聚焦清晰度进行目视观察。
Y座标传感器14将按照转鼓10转动发出的信号以及扫描点31预先给定的座标值Y3的信号从中心控制单元38经过连线47输入存储器一控制单元48中。此外，区域信号49也输入该存储器一控制单元48中，由该信号确定出扫描截距36，以便测定清晰度值。
存储器一控制单元48用于控制信号处理级42，使得只有色彩信息R中与扫描截距36相应的部分能进入计算级43中。为此，存储器一控制单元48规定了必需的写入周期和写入指令。
所利用的色彩信息R包括512个像点，这些像点位于座标值Y3的区域内与扫描线32相应的10mm长的扫描线上，将这些像点存储在信号处理级42的扫描线存储器中。如果扫描窗16的高度较小，则扫描截距36的像点数可选少些。
信号处理级42中的扫描线存储器的容量例如可以为512×9比特，由于色彩信号有12比特，所以在扫描线存储器中只采用高值比特。
信号处理级42中的扫描线存储器最好是一个FIFO-存储器（即先进/先出），上述信息依次输入该存储器，第一个输入的信息在输出端也首先出现。然后，将色彩信息R输入计算级43中，得出一个像点的色彩信息R与其前面的像点的色彩信息差，将该差值自乘，并对所得到的二次幂求和由此得到扫过扫描截距36的二次幂的和，此和表示清晰度值。
借助于电机28，并经螺杆29在任一方向用一个确定值dz对焦点进行调节。dz的大小可以由一个经传输线50计算级43中的变化信号来确定，该信号经传输线44送入电机控制器45中。然后形成新的清晰度值，将根据情况检查新清晰度值比之前的清晰度值大还是小，确定输入电机控制器45中的是正变化信号dz还是负变化信号dz，接着朝着使清晰度较大的方向进行调节。如果新清晰度值超过清晰度的最大值，可以减小调节值dz，例如从最初的0.3mm减到0.15mm。如果出现这种情况，可以在不同方向反复调焦，峰直至至少调到接近清晰度最高为止。
与聚焦调节z有关的清晰度曲线有一个顶点，该顶点的峰值与最高清晰度相应。在三个测量点的情况下，该曲线以一条圆形曲线趋向于垂直轴，在多个测量点的情况下，以一条二次抛物线或更高次抛物线趋向于垂直轴。如果除最大测量值外还分别确定了位于其前面和后面的一个测量点，则可通过计算程序来确定近似曲线的峰值，再按近似曲线进行调焦，通常采用一个步进电机进行近似调节。至于如何根据本发明的方法求出近似曲线，如何确定有最高清晰度的点或距离，对此将在下面详述。
不仅可以用扫描窗16中部扫描行的截距36来确定最佳调焦，而且还可在任何其它区段内测定相应的焦点。尤其在正对轴12的扫描窗16的表面不是一个精确的圆柱形表面时，或者转鼓10略微偏心地安装在轴上时，或者转鼓10的表面本身不是很精确的圆柱形表面，而在其中部呈稍弯状时，那么在扫描窗16上至少一个其它位置用来测定清晰度也是很合理的。此时需注意，转鼓10尤其在一端固定时可能靠近另一端面处会略有弯曲，可是在转动一段短时后由于自动对中心而不再弯曲。
对调焦装置而言，所确定的调节值z可存入级42、43或48中任一级中，这样做以便在对原图扫描时还可再调焦，在这种情况下，需要增添一个由压电驱动装置驱动的电机28，在转鼓旋转时，该电机以较高的转速实现无级变化。
图2表示另一种转换级，该级的作用大体上与图1中信号处理级42，计算级43以及存储器一控制单元48的作用相同。
红色信道的色彩信息R由传输线41输入转换级53中，间距控制级54由从传输线15输入的Y坐标信号，经过传输线47输入的扫描点31的Y3坐标值以及Y区域信号49控制，控制值经过传输线55和56输入转换级53中，该转换级53可使从扫描截距36开始部分至其结束部分的扫描线32的色彩信息输入存储级57中，并存储在该级中。比较级58可逐个象点地调用所存储的色彩信息R，在两个彼此相继的象点的色彩信息R之间形成差信号，该信号经传输线59被输入到位于其后的平方级60中求平方。
将所到的平方值从平方级60的输出端经传输线61输入加法级62中，在加法级中，对由传输线61输入的差信号的平方值在由间距控制级54输出的全部预定象点数上术和。
所得到的和表示有关的经过扫描的扫描截距的清晰度信号，在间距内求和结束后，将上述和值输入清晰度值级64中，并将该值记录下来。如果出现这种输入，则控制机构54给转换级53发出准备信号，转换级53将最接近的由扫描机构25发出的色彩信息R中再次有关的属于扫描截距36上的色彩信息区记录下来，并传送给存储器级57。从级64输出的清晰度值被输入至第二比较级66，在该级中对相继扫描的清晰度进行比较，所得到的正差值或负差值经传输线67输入数据分析处理级68中。根据该差值是正值或负值不同的情况，将相应的正或负调节值dz经过传输线44输入电机控制器45中，开始对dz预先给定一个值，该值相应的调节档较大。如果接近最大清晰度值时，清晰度值的差变得较小，数据处理分析级68中则进行转向，致使按较小值dz进行调节。此外，变化值也可以是事先从外部输入的一个变化信号50，所有各级均由中心控制单元69予以控制。
在本发明的范围内各种功能，尤其是存储和比较功能也可包括在其它形式的功能级中，如同前面及实施例中所描述的那样。
为了调焦，即为了进行焦点校正，本发明提供了一种特殊的调节或校正方法，通过调节扫描原图和物镜之间的距离来达到最高聚焦清晰度，从而能迅速实现最佳调节。这种方法应用很普遍，其原因在于使用分开的设备对扫描过程进行准备时，对至少装有一份扫描原图的扫描转鼓作工作准备时就已经为光学系统确定出调节值，这个作为焦点值的光学系统的预调节值可以与包括调节扫描装置的其它调节量的整个数据组一起确定。所以，本发明方法的优点是，扫描装置的调节时间可减到最短，因而在进行下述调节过程或校正过程时，只需用很少的几步就可实现对清晰度的最佳调节。
为此，详细地规定，从工作准备中所测定出的适合于物镜和目标之间距离的初始值中确定出清晰度值，然后，在两个调节方向的每一个方向上用具有第一较大步距的一步，由物镜和目标之间的距离，使规定的距离处于一条假想的清晰度曲线上，对该距离值右侧和左侧的两个距离值的每一个值都求出其相应的清晰度值。在使用三个清晰度值的情况下，从经验可知，与物镜的调节范围有关的清晰度值是按一条数学曲线分布，例如按一条抛物线分布，所得到的三点被看作此数学曲线上的三点。用数学上的常规方法对相应曲线进行计算，也就是说推导出该曲线的函数方程式，再确定清晰度最高时的距离值。对此，不必测出具体的清晰度最大值，而只需求出对于物镜的相应距离值。然后，用该距离值检验及确定出清晰度值，并再次检查确定出的清晰度值是否比三个起始点的清晰度值大，如果比三个起始点的清晰度值大，则可以肯定能有效地确定出最大值（参见图3）。反之，则应中断调节过程。
用这种方法确定出的清晰度值已处于最大清晰度值的范围。其原因在于：根据对二维原图，即对厚度基本上没有差别的原图进行扫描，其与目标至物镜间的距离的调节范围有关的清晰度值沿一条近似曲线分布，该曲线的顶点区近似于朝下张开的抛物线或双曲线。此处论述的是与目标至物镜距离的调节范围有关的清晰度值曲线。当然，应通过尽可能少的步数来确定最大值，而用很少的几步是可以完成这种确定的，因为通过事先的预调节已经给出了一个大概的范围，而且根据前面提到的影响表明该范围与预调节值的偏离总是很小的。
实践结果表明，所提出的清晰度值S与物镜和目标之间距离的调节值R的关系曲线V可以近似为一条朝下张开的抛物线。因此，从间隔点R0出发，即从前面的清晰度值的焦点调节值出发可确定两个间隔点R1和R2，而且可在各个调节方向上确定该两点，在每个调节方向上可选择从间隔点出发的大步步距为0.15mm。为了安全起见，在检验可靠性依据时，即检查上述两个点是否处于规定的可能的调节范围内时，不能将物镜调节至原图上以避免引起事故。如果上述两点不在规定的调节范围内，则应该相应地减小步距，然后再行检查是否所有的点都在规定的调节范围Vs内。如果都在上述调节范围内，则可确定出上述两个规定的间隔点R1和R2的清晰度值S1和S2，然后将所得到的清晰度值S0，S1和S2看作是数学上可推导出的与曲线V相近似的曲线上的点，再用公知的方法来确定出该近似曲线的数学函数方程式。由此就可以确定出抛物线或双曲线顶点的距离值Rmax，该距离值与顶点相关的目标至物镜距离调节值相应，而最大清晰度值很可能就在其中。
图3定性地给出了它们之间的相互关系，其中物镜至目标的距离为物镜的距离半径R，该距离由扫描转鼓的转动轴确定，所述目标就固定在该扫描转鼓上。
用上述方法可以确定出具有大的清晰度值的调节值，并可按下述方法调节。
所述调节方法的步骤是：
a，在预先给定目标与物镜之间距离的情况下，测定出第一清晰度值;
b，在两个调节方向上都是用具有第一步距离（较大步距）的一步来改变距离，并确定其清晰度值，以致于总共可得到三个清晰度值;
c，假设上述三个清晰度值是一条数学曲线上的点，该曲线为与目标至物镜的距离的调节范围有关的清晰度值的二次、三次或更高次函数曲线;
d，用公知的几何步骤或数学步骤推导出曲线的函数方程式，从而确定出相应曲线的系数;
e，通过确定与顶点相关的目标至物镜距离的调节值得出曲线的顶点;以及
f，按所确定的调节值进行调节。
按上述方法，用很少的几步就可以将物镜调到最佳。本发明使用上述意想不到的确定方法，该方法对原图扫描的情况与摄影机或显微镜或其它光学仪器的调焦时的情况有所不同，其清晰度值分布在事先可确定的近似范围内。因此，本发明的方法基本上可以不必象其它方法那样多次规定附加步数及检测措施。
最好再引入一些检查数据，例如再次检查最后所确定的清晰度值，看它是否确实是最大清晰度值，是否比前面所确定的所有其它的清晰度值都大，这样就能可靠地断定调节到了最佳清晰度值。
为了提高调节过程的可靠性，还可以在完成确定清晰度值的步骤之后，先用步骤b检查上述两个间隔点是否与该两点相关的两个清晰度值都比按步骤a所确定的第一清晰度值小。在过程不往下进行情况下，用一个加大了的第一大步距按步骤b重新开始调节，否则过程则继续进行。
也可以在确定与顶点相关的步骤完成以后先按步骤b确定与其相关的清晰度值，并对上述清晰度值进行检查，看它是否在两个间隔点上，按步骤b所得出的两个清晰度值都比与顶点相关的清晰度值小，然后在不往下进行的情况下中止过程，并显示出过程中止，否则过程继续进行。在具体实施时可将此步骤加入上述步骤中，也可以从二者中任选用一个。