DE2234448A1

DE2234448A1 - METHOD AND DEVICE FOR AUTOMATIC FOCUSING OF OPTICAL DEVICES

Info

Publication number: DE2234448A1
Application number: DE19722234448
Authority: DE
Inventors: Erwin Reinprecht
Original assignee: C Reichert Optische Werke AG
Current assignee: C Reichert Optische Werke AG
Priority date: 1971-07-23
Filing date: 1972-07-13
Publication date: 1973-02-01
Also published as: AT330478B; ATA641271A; DE2234448B2

Description

Verfahren und Einrichtung zur automatischen Fokussierung optischer Geräte ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Die Erfindung betrifft ein Verfahren und- eine Einrichtung zur automatischen Fokussierung optischer Geräte, insbesondere Itikroskope, bei dem mindestens ein im Abbildungsstrahlengang des optischen Gerätes angeordneier Photowiderstand ein Signal abgibt, das einen Scheitelwert hat, wenn die Abbildung auf dem Photowiderstand die grösste Schärfe erreicht hat. Method and device for automatic focusing optical Devices ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ The invention relates to a method and a device for the automatic focusing of optical devices, in particular Iticroscopes in which at least one is in the imaging beam path of the optical device arranged photoresistor emits a signal that has a peak value when the image on the photoresistor has reached the greatest sharpness.

Wahrend der Arbeit an optischen Geräten, z.B. an einem Mikroskop, ist es laufend notwendig, die Schärfe nachzuregulieren, sei es beim Prtiparatwechsel, beim Obä'eYGi!echsel oder beim Aufsuchen anderer Präparatstellen (automatisches Absuchen des Präparates, Scanning). Um der Bedienungsperson diese Einstellungsarbeit, die einen Grossteil der an einem Mikroskop notwendigen Einstellungsarbeiten ausmacht, abzunehmen, ist es amnschenswert, eine in der Bedienung möglichst einfache Einrichtung zu schaffen, die die erforderliche Fokussierung stets automatisch vornimmt.While working on optical devices, e.g. on a microscope, it is constantly necessary to readjust the sharpness, be it with Change of specimen, when Obä'eYGi! Echsel or when visiting other specimen sites (automatic search of the preparation, scanning). To the operator this Adjustment work that does a large part of the adjustment work required on a microscope matters to lose weight, it is desirable to have one that is as simple as possible to use To create a facility that always automatically carries out the necessary focusing.

Es sind zwar bereits Fokussierverfahren bekannt, die eine derartige automatische Einstellung bewirken. Diese werden aber hauptsächlich in der Fertigung zum Prüfen und Abgleichen von Linsen und Linsengruppen oder zum Scharfeinstellen von DiaproJektoren od. dgl. verwendet. Dabei wird stets entweder ein spezielles Testobäckt, z.B. ein Linienraster, mit hohem Kontrast eingesetzt oder es werden externe Strahlengange oder mechanisch bewegte Teile, wie z.B. Schwingblenden od. dgl., zu Hilfe kommen. Diese bekannten Verfahren lassen sich für die automatische Fokussierung am Mikroskop nur unter Inkaufnahme gewisser Nachteile anwenden. Dies liegt daran, dass die meisten Präparate sehr kontrastarm sind, eine Verwendung von Testobjektiven als Zusatz jedoch technisch zu kompliziert und beim Untersuchungsvorgang hinderlich ist. Auch irgendwelche externen Strahlengänge erfordern einen komplizierten technischen Aufwand, während mechanisch bewegte Teile, insbesondere bei hohen Vergrösserungen am Mikroskop unzulässige Erschütterungen hervorrufen können.Although there are already known focusing methods that have such cause automatic adjustment. But these are mainly used in manufacturing for checking and aligning lenses and lens groups or for focusing Used by slide projectors or the like. There is always either a special Testobacks, e.g. a line grid, with high contrast are used or there are external beam paths or mechanically moving parts, such as oscillating diaphragms or the like. like., come to the rescue. These known methods can be used for the automatic Only use focusing on the microscope with certain disadvantages. this is because most preparations are very low in contrast, one use of Test objectives as an addition, however, technically too complicated and during the examination process is a hindrance. Any external beam paths also require a complicated one technical effort, while mechanically moving parts, especially at high magnifications at the Microscope can cause impermissible vibrations.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einriciitung zur automatischen Foküssierung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mittels denen unter Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile eine exakte Fokussierung ermöglicht wird. Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird dies dadurch erreicht, dass das von dem Photowiderstand abgegebene Signal in zeitlichen Abständen elektronisch abgetastet und in Signalimpulse umgewandelt wird, dass aufeinanderfolgende Signalimpulse miteinander verglichen und ein dem Vorzeichen der Differenz entsprechender Steuerimpuls zur Erzeugung einer in ihrer Richtung dem Vorzeichen des Steuerimpulses entsprechenden Relativbewegung zwischen Objekt und Schärfenebene herangezogen wird.The invention is therefore based on the object of a method and a To propose a device for automatic focusing of the type mentioned at the beginning, by means of which an exact focusing while avoiding the disadvantages mentioned above is made possible. The method according to the invention achieves this by that the signal emitted by the photoresistor is electronic at time intervals is scanned and converted into signal pulses that successive signal pulses compared with each other and a control pulse corresponding to the sign of the difference to generate a direction corresponding to the sign of the control pulse Relative movement between the object and the plane of focus is used.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit mindestens einem im Abbildungsstrahlengang des optischen Gerätes angeordneten Photowiderstand, dessen Ansprechcharakteristik bei maximaler Schärfe der Abbildung einen Scheitelwert aufweist, ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass dem Photowiderstand ein durch einen Taktgenerator gesteuerter elektronischer Schalter nachgeschaltet ist, der den Photowiderstand mit einem Speicher oder Komparator und einer Differenzierschaltung verbindet und dass durch den Speicher oder Komparator und die Differenzierschaltung über einen Verstärker ein die Relativbewegung zwischen ObJekt und Schärfenebene erzeugender Schrittmotor gesteuert ist.The device for performing this method with at least a photoresistor arranged in the imaging beam path of the optical device, whose response characteristic has a peak value at maximum sharpness of the image is characterized according to the invention in that the photoresistor an electronic switch controlled by a clock generator is connected downstream is that of the photoresistor with a memory or comparator and one Differentiating circuit connects and that through the memory or comparator and the differentiating circuit via an amplifier a relative movement between The stepping motor generating the object and the focal plane is controlled.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to some of the drawings Embodiments explained in more detail.

Es zeigen: Figur 1 eine bereits bekannte Anordnung zweier Photowiderstände; Figur 2und 2a eine schematische Darstellung der Bewegung der Schärfenebene relativ zu dem Photowiderstand und die Ansprechcharakteristik des Photowiderstandes in Abhängigkeit von der Lage der Schärfenebene; Figur 3 eine Prinzipschaltung zur Erzielung eines Ausgangssignales aus dem Photowiderstand in Abhängigkeit von der Lage der Schärfenebene relativ zum Photowiderstand; Figur 4 den Verlauf des Ausgangssignales aus der Prinzipschaltung gemäss Figur 3; Figur 5 ein Blockschaltbild für eine erfindungagev mässe Sinrichtung zur automatischen Fokussierung und Figur 6 und 7 Schaltdetails aus der in Figur 5 gezeigten Einrichtung.The figures show: FIG. 1 an already known arrangement of two photoresistors; Figure 2 and 2a a schematic representation of the movement of the plane of focus relative depends on the photoresistor and the response characteristic of the photoresistor on the position of the focal plane; Figure 3 shows a basic circuit for achieving a Output signal from the photoresistor as a function of the position of the focal plane relative to photoresistor; FIG. 4 shows the course of the output signal from the basic circuit according to Figure 3; FIG. 5 shows a block diagram for a device according to the invention for automatic focusing and Figure 6 and 7 switching details the device shown in FIG.

In den folgenden Ausführungen werden einige. Vereinfachungen getroffen, die der Übersichtlichkeit und dem leichteren Verständnis dienen, Jedoch keinen Einfluss auf die prinzipielle Wirkungsweise der erfindungsgemässen Einrichtung haben.In the following discussion some. Simplifications made, which are used for clarity and easier understanding, but have no influence have on the principle mode of operation of the device according to the invention.

Die Darstellung in Figur 1 zeigt die bereits bekannte Anordnung zweier Photowiderstände 1 und 2, wobei vor dem Photowiderstand 2 ein Streumattglas 4'angeordnet ist. Die Lichtstrahlen mit dem Bildinhalt fallen in Pfeilrichtung durch die Linsen 3 und ergeben ein Bild an dem Photowiderstand 1. Der Photowiderstand 2 erhält wegen des Mattglases 4 nur den Helligkeitswert.The illustration in Figure 1 shows the already known arrangement of two Photoresistors 1 and 2, with a scattered matt glass 4 'arranged in front of the photoresistor 2 is. The light rays with the image content fall through the lenses in the direction of the arrow 3 and produce an image on the photoresistor 1. The photoresistor 2 receives because of of the frosted glass 4 only the brightness value.

Wandert nun, wie in Figur 2 beispielsweise dargestellt, ein scharfes Bild aus der Ebene. g über. die Ebene h zur Ebene p, in der das schärfste Bild am Photowiderstand auftritt, so ergibt sich entsprechenci der Charakteristik des Photowiderstandes eine Änderung des Widerstandswertes Ph gemäss dem Verlauf in Figur 2a. Der grundsätzliche-Verlauf der Kurve ist kontinuierlich (g, x-) entsprechend dem Helligkeitsverlauf am Photowiderstand, da die welligkeit mit dem Quadrat der Entfernung von der Lichtquelle abnimmt.Now wanders, as shown in Figure 2, for example, a sharp Image from the plane. g about. the plane h to plane p, in which the sharpest image is on Photoresistance occurs, the result corresponds to the characteristic of the photoresistor a change in the resistance value Ph according to the curve in Figure 2a. The basic course the curve is continuous (g, x-) according to the brightness curve at the photoresistor, since the ripple decreases with the square of the distance from the light source.

Nähern sich also der Photowiderstand und die Schärfenebene einander, so erhält man den Widerstandsverlauf h, p, w, wobei der Scheitelwert bei p liegt.So the photoresistor and the focal plane approach each other each other, this gives the resistance curve h, p, w, with the peak value at p.

Legt man gemäs-s Figur 3 beide Photowiderstände an eine Spannung Ug, so erhält man eine Signalspannung Ust gemäss Abbildung 4 in der Grössenordnung Zehntel bis Hundertstel Volt.If, as shown in Figure 3, both photoresistors are connected to a voltage Ug, this gives a signal voltage Ust according to Figure 4 in the order of magnitude of a tenth to hundredths of a volt.

Im folgenden wird Bezug genommen auf die Darstellung in den Figuren 5 bis 7. Die Wirkungsweise der darin dargestellten erfindungsgemässen Einrichtung wird anhand des Funktionsablaufes erläutert.In the following, reference is made to the representation in the figures 5 to 7. The mode of operation of the device according to the invention shown therein is explained using the functional sequence.

Der Ablauf der automatischen Fokussierung (Figur 6) wird gestartet durch einen externen Befehl, z.B. durch Drücken einer Starttaste. (Die Stoptaste ist mit So bezeichnet.) Uber ein Steuergatter D wird dadurch ein Taktgenerator C in Betrieb gesetzt. Dieser gibt in zeitlicher Folge Impulse ab, die einen elektronischen Schalter E betätigen. An diesem Schalter liegt die Signalspannung gemäss Figur 4 an, die dem Photowiderstand 1 in der Anordnung A über einen Impedänzwandler B entnommen wird.The automatic focusing sequence (FIG. 6) is started by an external command, e.g. by pressing a start button. (The stop button is denoted by So.) A clock generator C is thereby generated via a control gate D put into operation. This emits impulses in chronological order, which are an electronic one Press switch E. The signal voltage according to FIG. 4 is applied to this switch taken from the photoresistor 1 in the arrangement A via an impedance converter B. will.

Es sei zunächst angenommen, dass das optische Gerät nicht sehr stark defokussiert ist und sich in einer Einstellung befindet, die dem Punkt k der Signalspannungskurve gemäss Figur 4 entspricht. Beim ersten Impuls des Taktgenerators, der unmittelbar nach dem Starten auftritt, wird der Schalter E geschlossen und die am Punkt k vorhandene Spannung Uk in eine Speicher- oder Itomparator-2chaltung F eingqgeben und gespeichert. Die Kurve ist somit zum erstenmal elektronisch abgetastet worden. Da die Spannung im Speicher F vorher Null war, wird also jetzt eine positive Änderung derselben festgestellt. Nach einer Verstärkung des Signals durch einen Verstärker G wird der Spannungssprung elektronisch differenziert in einer Differenzierschaltung H. Man erhält dadurch einen positiven Impuls, wenn die Signalspannung grösser geworden ist, dagegen einen negativen Impuls, wenn sie kleiner geworden ist. Der letztere Fall wird in der Folge noch näher erläutert.Let us first assume that the optical device is not very strong is defocused and is in a setting that corresponds to point k of the signal voltage curve according to Figure 4 corresponds. At the first pulse of the clock generator, which occurs immediately after starting, the switch E is closed and the Voltage Uk present at point k into a storage or comparator circuit F entered and saved. The curve is thus electronically scanned for the first time been. Since the voltage in memory F was previously zero, it is now positive Change of the same noted. After an amplification of the signal by a Amplifier G, the voltage jump is electronically differentiated in a differentiating circuit H. This gives a positive pulse when the signal voltage increases is, on the other hand, a negative impulse when it has become smaller. The latter Case is explained in more detail below.

Ein Trennverstärker I hat die Aufgabe, positive und negative Impulse zu trennen und verschiedenen Schaltungszweigen zuzuführen. Der positive Impuls (Vorlaufimpuls) wird über einen Begrenzer K einem monostabilen Multivibrator P zugeführt, der ihn in geeigneter Weise umformt, z.B. verlängert. Mit dem Ende dieses Impulses wird ein Schrittmotor Z um einen Schritt weitergesteuert, so dass-eine Relativbewegung zwischen der Objekt- und der Schärfenebene auftritt und der Punkt 1 in der Signalspannungskurve gemäss Figur 4 erreicht wird.An isolating amplifier I has the task of generating positive and negative pulses to be separated and fed to different circuit branches. The positive pulse (lead pulse) is fed via a limiter K to a monostable multivibrator P, which it suitably reshaped, e.g. lengthened. With the end of this impulse will a stepper motor Z is further controlled by one step, so that a relative movement occurs between the object and the focal plane and point 1 in the signal voltage curve according to Figure 4 is achieved.

Die Verwendung eines Schrittmotors ist in der erfindungsgemassen Einrichtung von besonderer Bedeutung. Bei gewöhnlichen Elektromotoren; z.B. Gleichstrommotoren, erhält man eine kontinuierliche Drehbewegung beim Anlegen einer Eingangsgrösse, z.B. einer Spannung. Bei Änderung dieser Eingangsgrösse ändert sich die Drehzahl; beim plötzlichen Abschalten der Eingangsgrösse läuft der Motor langsam aus.The use of a stepper motor is in the device according to the invention really important. With ordinary electric motors; e.g. DC motors, a continuous rotary movement is obtained when an input variable is applied, e.g. a voltage. When this input variable changes, the speed changes; if the input variable is suddenly switched off, the motor slowly coasts down.

Er reagiert also auf analoge Signale. Demgegenüber unterscheidet sich ein Schrittmotor dadurch, dass er auf digitale Signale, also auf Impulse in der Weise reagiert, dass er sich beim Eintreffen eines Impulses um einen bestimmten Winkel dreht, dann sofort stehenbleibt und erst bei einem weiteren Impuls sich wieder um den gleichen Winkel weiterdreht. Zu einem solchen Schrittmotor gehört eine Ansteuerschaltung Y, die die Steuerimpulse in für den Motor geeignete Impulse umformt. Diese Steuerschaltung kann mit Relais oder Transistoren oder integrierten Schaltungen ausgeführt sein. Die einzelnen Schritte werden über ein Getriebe in die erwähnte Relativbewegung zwischen Objekt- und Schärfenebene umgewandelt. Ein Schrittmotor weist für die erfindungsgemässe Anordnung zwei grosse Vorteile auf: 1. kann der Motor mit den von der Anordnung abgegebenen digitalen Signalen direkt angesteuert werden; 2. bleibt er nach Ausbleiben der letzten Information, d.h. des letzten Impulses, sofort stehen, was bei einem anderen Motor trotz Bremsung 4 nicht der Fall ist.So it reacts to analog signals. In contrast, it differs a stepper motor in that it responds to digital signals, i.e. pulses in the Wise reacts that when an impulse arrives he moves around a certain one Angle rotates, then stops immediately and only turns again with a further impulse continues to rotate by the same angle. A control circuit is part of such a stepping motor Y, which converts the control pulses into pulses suitable for the motor. This control circuit can be implemented with relays or transistors or integrated circuits. The individual steps are converted into the aforementioned relative movement via a gear unit converted between object and focus plane. A stepper motor has for the inventive Arrangement has two major advantages: 1. Can the motor with the arrangement output digital signals can be controlled directly; 2. he stays after absent of the last piece of information, i.e. the last impulse, you can immediately see what happens to you other motor is not the case despite braking 4.

Nach der erwähnten Erreichung des Punktes 1 auf der Signalspannungskurve gemäss Figur 4 wird die Kurve wieder abgetastet und wieder eine positive Änderung festgestellt, nachdem der Schrittmotor Z inzwischen eine Bewegung des Objekts in Richtung Schärfe veranlasst hat. Daraufhin vollzieht sich der vorstehend geschilderte Vorgang mit jedem weiteren Impuls des Taktgenerators C von neuem, so lange, bis keine Änderung des Signalspannungsyerlaüfes mehr auftritt. Dann ist dio richtige Fokussierung erreicht. Da dann der Speicher F gegenüber dem vorhergehenden Spannungssignal keine Veränderung feststellt, bleibt auch ein entw sprechender Steuerimpuls für den Motor Z aus. Der Taktgenerator C arbeitet zwar weiter, jedoch bleibt die gesamte Anordnung in Ruhestellung, so lange, bis wieder eine vom Scheitelpunkt der Signalspannungskurve abweichende Änderung der Schärfe eintritt. Dann läuft die Einrichtung von selbst wieder an und der Fokussiervorgang vollzieht sich erneut.After reaching the mentioned point 1 on the signal voltage curve according to Figure 4, the curve is scanned again and again a positive change found after the stepper motor Z meanwhile a movement of the object in Towards sharpness. Then the above takes place Process with each further pulse of the clock generator C again, until there is no longer any change in the signal voltage curve. Then dio is the right one Focus achieved. Since then the memory F compared to the previous voltage signal If no change is detected, a corresponding control impulse remains for the motor Z off. The clock generator C continues to work, but the entire remains Arrangement in the rest position, until one again from the apex of the signal voltage curve a different change in sharpness occurs. The setup will then run by itself on again and the focusing process takes place again.

In vielen Fällen ist es nun unerldinscht, dass die Vorrichtung bei einer Abweichung von der schärfsten Einstellung automatisch anläuft. Denn dadurch wäre z.B. ein absichtliches Defokuasieren durch den Bediener des Mikroskopes nicht möglich Ebenso könnten Störspannungen in der Photowiderstandsanordnung A ein unerwünschtes'Anlaufen verursachen. Es ist daher zweckmässig, nach erfolgter Fokussierung die Anordnung automatisch ausser Betrieb zu setzen und erst durch einen Startbefehl, z .3. durch Druck auf eine Starttaste, den vorher beschriebenen Ablauf zu wiederholen.In many cases, it is now imperative that the device be at a deviation from the sharpest setting starts up automatically. Because through it would e.g. not be an intentional defocusing by the operator of the microscope possible Interference voltages in the photoresistor arrangement A could also cause an undesired start-up cause. It is therefore useful after focusing the To automatically put the arrangement out of operation and only by a start command, z .3. by pressing a start button to repeat the previously described process.

Eine weitere Forderung besteht darin, dass der Einstellbereich-der Einrichtung grösser sein soll als der Bereich der Signalspannungskurve gemäss Figur 4 (Punkt h bis w).Another requirement is that the setting range-the Device should be larger than the range of the signal voltage curve according to the figure 4 (point h to w).

Ist das optische Gerät in einem solch grösseren Einstellbereich dann stark defokussiert, so soll ein automatischer kontinuierlicher Lauf bis zum Bereich der- Signalspannungskurve erfolgen. Erst dort soll der eigentliche Vorgang der automatischen schrittweisen Fokussierung beginnen. Diese beiden zuletzt genannten Forderungen werden von der erfindungsgemässen Einrichtung durch die Schaltdetails gemäss der Figur 7 folgendermassen durchgeführt: Das optische Gerät ist stark defokussiert und die gegenseitige Lage der Objekt und Schärfenebene entspricht dem Punkt g der Signalspannungskurve in Figur 4. Der Start setzt den Taktgeber C in Betrieb, jedoch kommt über den elektronischen Schalter E kein Signal. Daher erhält die Motorsteuerung Y die Impulse des Taktgenerators C über den zweiten Singang eines Gatters O. In dem monostabilen Multivibrator P werden die Impulse wieder auf die richtige Grösse umgeformt. Ernst beim Auftreten der Signalspannungskurve nn den Photowiderständen in der Anordnung A kommen die gewünschten Steuerimpulse in der vorstehend erläuterten Weise über die Schaltelemente E, F, G,-H, I, K und P.If the optical device is in such a larger setting range then heavily defocused, so an automatic continuous run up to the area of the signal voltage curve. Only there should the actual process of the automatic start gradually focusing. These last two demands are of the inventive device by the switching details according to the FIG. 7 carried out as follows: The optical device is severely defocused and the mutual position of the object and plane of focus corresponds to point g of Signal voltage curve in Figure 4. The start puts the clock C in operation, however there is no signal via the electronic switch E. Therefore, the engine control receives Y the pulses of the clock generator C via the second Singang of a gate O. In With the monostable multivibrator P, the impulses are restored to the correct size reshaped. Serious when the signal voltage curve occurs nn the Photoresistors in the arrangement A come the desired control pulses in the the manner explained above via the switching elements E, F, G, -H, I, K and P.

Dann soll aber die Steuerung nur noch von diesen Impulsen abhängig sein, weshalb die Taktimpulse durch das Gatter O gesperrt werden.Then the control should only depend on these impulses be, which is why the clock pulses are blocked by the gate O.

Um sicher zu gehen, dass die Umschaltung der Steuerung nicht bereits durch einen einzelnen Störimpuls erfolgt, sollen mindestens zwei, zweckmässigerweise fünf aufeinanderfolgende Steuerimpulse vom Begrenzer K kommen, bevor die Umschaltung erfolgt. Man kann diese Impulse auf irgendeine Weise zählen, z.B. indem man einen Kondensator M auflädt. Die gewünschte Anzahl aufeinanderfolgender Impulse lädt ihn dann auf einen solchen Spannungswert auf, dass ein nachgeschalteter Schmitt-Trigger N kippt und das Gatter G sperrt. Am Ausgang des monostabilen Multivibrators P sind dann nur noch die Steuerimpulse vorhanden. Erst wenn der Vorgang der Fokussierung beendet ist, bleiben die Steuerimpulse aus, der Schmitt-Trigger N kippt in seine Ausgangslage'zurück und sperrt dadurch über das Gatter D den Taktgenerator C. Die Anordnung ist damit für den nächsten Fokussiervorgang bereit.To make sure that switching control isn't already occurs due to a single interference pulse, at least two, expediently, should five consecutive control pulses come from the limiter K before the switchover he follows. You can count these impulses in some way, e.g. by using a Capacitor M is charging. The desired number of consecutive impulses charges it then to such a voltage value that a downstream Schmitt trigger N flips and gate G blocks. At the output of the monostable multivibrator P are then only the control impulses are available. Only when the process of focusing is ended, the control pulses remain off, the Schmitt trigger N toggles into his Starting position 'back and thereby blocks the clock generator C via the gate D. The The arrangement is ready for the next focusing process.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Einrichtung besteht in dem selbsttätigen Erkennen, in welcher Richtung die Scharfeinstellung vorzunehmen ist (vgl. Figur 5). Befindet man sich beim Start z.B! am Punkt r der Signalspannungskurve gemäss Figur 4 und bewegt sich das Objekt von der Schärfenebene weg, also in Richtung auf Punkt s, t, u, so ist es wünschenswert, die Motordrehrichtung im Interesse einer möglichst kurzen Einstellzeit alsbald zu ändern.Another advantage of the device according to the invention consists in the automatic recognition in which direction the Focus is to be carried out (see FIG. 5). If you are at the start, for example! at point r the Signal voltage curve according to Figure 4 and moves the object from the plane of focus away, so in the direction of point s, t, u, so it is desirable to change the direction of motor rotation to change as soon as possible in the interest of the shortest possible response time.

Dies geschieht auf folgende Weise: Nach dem Start wird dieDAnordnung zunächst durch die Taktimpulse über die Schaltelemente O, P, X, Y und Z gesteuert.This is done in the following way: After the start, the arrangement initially controlled by the clock pulses via the switching elements O, P, X, Y and Z.

Der elektronische Schalter B gibt nun eine negative Spannungsänderung an den Speicher F, wodurch in weiterer Folge am Ausgang I3 des Verstärkers I Impulse (Rücklaufimpulse) auftreten. Diese werden ähnlich wie beim Vorlauf durch einen Begrenzer Q einer Zählschaltung R, S, T zugeführt. Diese funktioniert in derselben Weise wie die bereits vorher beschriebene Schaltung mit den Schaltelementen , M, N. Es soll auch hier vermieden werden, dass ein Störimpuls die Motordrehrichtung ändert. Nachdem also mindestens zwei, zweckmässigerweise fünf, aufeinanderfolgende Rücklaufimpulse über ein flip-flop U ein Richtungsgatter X umgeschaltet haben, das ist also beim Punkt w, wird der Motor den nächsten Schritt in die entgegengesetzte Richtung, also in Richtung auf Punkt v ausführen. Ab da treten am Ausgang I2 des Verstärkers I wieder Vorlaufimpulse auf und die Fokussierung erfolgt in der angegebenen Weise. Die erfindungsmässe Anordnung kann noch mehr erweitert und verfeinert werden, indem man z.B. eine zusätzliche Anordnung vorsieht, die den Motor zwei oder mehr Schritte machen lässt, bevor die Signalspannungskurve einmal abgetastet wird. Das hat einen Vorteil bei kleiner Vergrösserung des optischen Gerätes und bei grosser Tiefenschärfe. Dann ist nämlich die Basis der Signalspannungskurve sehr breit bzw. gross und die Steigung gering. Man erhält pro Schritt weniger Spannungsänderung, die man auf das rund zwei- oder mehrfache erhöhen kann, indem man also die Schrittlänge auf das zwei- oder mehrfache erhöht. Dies ist entwederdurch Umschalten des Antriebes zwischen Motor und optischem Gerät oder einfacher und auch automatisch, z.B. bei Objektivwechsel, wie oben err läutern, durch Erhöhen der Schrittzahl zwischen zwei Abtastvorgängen möglich.The electronic switch B now gives a negative voltage change to the memory F, which in a further sequence at the output I3 of the amplifier I pulses (Return pulses) occur. These are similar to the advance through a limiter Q is fed to a counting circuit R, S, T. This works in the same way as the previously described circuit with the switching elements, M, N. It should Here, too, it can be avoided that an interference pulse changes the direction of rotation of the motor. After this so at least two, expediently five, successive return pulses have switched a direction gate X via a flip-flop U, so that is with Point w, the motor will take the next step in the opposite direction, that is in the direction of point v. From then on, the output I2 of the amplifier I forward pulses on again and focusing takes place in the manner indicated. The inventions Arrangement can be even more expanded and refined by, for example, providing an additional arrangement that allows two or more motors allows more steps to be taken before the signal voltage curve is sampled once. This has an advantage with a small enlargement of the optical device and with a large one Depth of field. Then the base of the signal voltage curve is very broad or large and the slope low. There is less voltage change per step, which can be increased to around two or more times by increasing the stride length increased to two or more times. This is either by switching the drive between motor and optical device or more simply and also automatically, e.g. with Lens change, as explained above, by increasing the number of steps between two Scanning operations possible.

Eine weitere Version besteht darin, dass die Motorschritte nicht in Abhängigkeit von der Zeit (Impulsfrequenz des Taktgenerators C), sondern in Abhängigkeit von der erfolgten Signalspannungsänderung gesteuert werden.Another version is that the motor steps are not in Dependence on the time (pulse frequency of the clock generator C), but in dependence controlled by the change in signal voltage that has taken place.

möglichst Um am Eingang E1 auftretende Störsignale/zu eliminieren, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden: eine Massnahme, die mit einer gewissen Sic-herheit verhindern soll, dass einzelne Impulse den Funktionsablauf stören, ist diejenige, die Abtastdauer - entsprechend der Schliesszeit des elektronischen Schalters E - im Verhältnis zur Schrittdauer -entsprechend der Zeitdauer zwischen zwei Impulsen des Taktgenerators C - kurz zu halten. Dann ist der Eingang Ei nur während der Abtastdauer für das Nutzsignal sowiefür die Störimpulse geöffnet. In der restlichen Zeit haben Jedoch die Störsignale keine Wirkung. As far as possible In order to eliminate interference signals / occurring at input E1, different measures can be taken: one measure with a certain Safety is intended to prevent individual impulses from disrupting the functional process the one, the sampling duration - corresponding to the closing time of the electronic Switch E - in relation to the step duration - corresponding to the time between two pulses of the clock generator C - to be kept short. Then the input Ei is only during the sampling period open for the useful signal as well as for the interference pulses. Have the rest of the time However the interfering signals have no effect.

Periodisch auftretende Störsignale, z.B. Brummen, die sich der Signalspannungskurve überlagern, können einen Scheitelwert und somit eine Fokussierung vortäuschen. Da solche Störsignale mit ihrer Amplitude und Frequenz oft in der gleichen Grössenordnung wie das Nutzsignal liegen, bringt ein elektronisches Filter zumeist nicht den gewünschten Erfolg. Eine einfache Möglichkeit besteht jedoch darin, den Taktgenerator C mit dem Störsignal zu synchronisieren, so dass die Abtastung immer am gleichen Punkt des Störsignales erfolgt, womit die Spannungsänderung am Eingang E1 nur mehr von der Änderung des Nutzsignales abhängig ist.Interference signals that occur periodically, e.g. hum, which affect the signal voltage curve superimpose, can simulate a peak value and thus a focus. There such interference signals with their amplitude and frequency are often of the same order of magnitude how the useful signal lies, an electronic filter usually does not produce the desired result Success. A simple possibility, however, is to use the clock generator C with synchronize the interfering signal so that the sampling is always at the same point of the interference signal takes place, so that the voltage change at input E1 is only from the change in the useful signal is dependent.

Zum Abtasten der Signalspannungskurve gemäss Figur 4 ist die Wahl eines Schalters E und eines Speichers F nicht zwingend. Es können vielmehr auch zwei oder mehrere Speicher F1, F2 ..., Fn durch entsprechend zwei oder mehrere Schalter E1, E2, w En wechselweise angesteuert werden, was den Vorteil hat, dass wieder Speicher etwa die n-fache Signalspannungsänderung bei gleichbleibender Schrittzahl und Schrittweite erhält. Da diese Signalspannungsänderungen besonders bei schwachem Kontrast sehr gering sind, bedeutet dies eine Vereinfachung der Verstärker G und I.The choice is made for scanning the signal voltage curve according to FIG a switch E and a memory F is not mandatory. Rather, it can two or more memories F1, F2 ..., Fn by correspondingly two or more switches E1, E2, w En are controlled alternately, which has the advantage that memory again about n times Signal voltage change with constant number of steps and increment received. Since this signal voltage changes especially with weak Contrast are very low, this means a simplification of the amplifiers G and I.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch solcherart realisiert werden, dass an Stelle des in Figur 1 dargestellten Photowiderstandes 2 mit Mattglas - zur Kompensation der Helligkeitsänderung während des Fokussiervorganges -eine elektrische Kompensationsschaltung verwendet wird, wodurch das Teilungsprisma 5 entfällt, und dem noch verbleibenden Photowiderstand/die gesamte Helligkeit des in Pfeilrichtung einfallenden Lichtbündels zugeführt wird.The method according to the invention can also be implemented in such a way that instead of the photoresistor 2 shown in Figure 1 with frosted glass - for Compensation for the change in brightness during the focusing process - an electrical one Compensation circuit is used, whereby the splitting prism 5 is omitted, and the remaining photoresistor / the total brightness of the in the direction of the arrow incident light beam is supplied.

In der erfindungsgemässen Einrichtung ist als einziger elektronisch-mechanischer Teil ein elektronisch-mechanischer Wandler in Gestalt des Schrittmotors für die Tischsteuerung vorgesehen. Dieser kann jedoch ohne Schwierigkeiten so am Stativ des Mikroskopes befestigt werden, dass keinerlei nachteilige Erschütterungen auftreten.The device according to the invention is the only one that is electronic-mechanical Part of an electronic-mechanical converter in the form of the stepper motor for the Table control provided. However, this can be done without difficulty on the tripod attached to the microscope so that no adverse vibrations occur.

Da weiterhin die mit den Photowiderständen versehene Anordnung A (Messkopf) im Strahlengang überall dort angeordnet werden kann, wo ein reelles Bild des Objekts entsteht, ist es natürlich auch möglich, die erfindungsgemässe Einrichtung und entsprechend das erfindungsgemässe Verfahren zur automatischen Fokussierung auch bei anderen optischen Geräten, wie z.B. Photo-, Film- und Fernsehkameras, zu verwenden.Since the arrangement A (measuring head) provided with the photoresistors can be arranged anywhere in the beam path where a real image of the object arises, it is of course also possible to use the device according to the invention and accordingly the inventive method for automatic focus also with other optical devices such as photo, film and television cameras use.

Claims

Method for the automatic focusing of optical devices, in particular Microscopes with at least one in the imaging beam path of the optical device arranged photoresistor emits a signal that has a peak value when the image on the photoresistor shows the greatest sharpness, characterized in that that the signal emitted by the photoresistor is electronic at time intervals is scanned and converted into signal pulses that successive signal pulses compared with each other and a control pulse corresponding to the sign of the difference for generation in a direction corresponding to the sign of the control pulse Relative movement between the object and the plane of focus is used.

2. The method according to claim 1, characterized in that the sign the difference between successive signal pulses by different trained, e.g. oppositely polarized control pulses is determined.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the signal pulses and the control pulses are started.

4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized characterized in that after an arbitrarily issued start signal, the relative movement between the object and the focal plane up to a predetermined point on the response curve of the photoresistor runs continuously and only when signal pulses are emitted a predetermined size takes place step by step.

5. The method according to claim 4, characterized in that the switchover on the gradual relative movement as a function of at least two successive ones Signal or control pulses takes place.

6. Device for the automatic focusing of optical devices, in particular Microscopes for carrying out the method according to claim 1, with at least one arranged in the imaging beam path of the optical device, its photoresistor Response characteristic has a peak value at maximum sharpness of the image, characterized in that the photoresistor (A) is a clock generator (C) controlled electronic switch (B) connected downstream is, the photo resistor (A) with a memory or comparator (F) and a differentiating circuit (11) connects and that through the memory or comparator (F) and the differentiating circuit (H) via an amplifier (I) the relative movement between the object plane and the plane of focus generating stepper motor is controlled.

L e r s e i t e