DE2246384C3 - Verfahren zum Analysieren einer Probe und Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analysieren einer Probe von der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Gattung. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Die Automatisierung eines Verfahrens zum Analysieren einer kleinen und daher nur unter einem Mikroskop sichtbaren Materialprobe bedingt, daß nicht nur die Analyse, sondern auch die Scharfeinstellung des Mikroskops oder der optischen Einrichtungen automatisch erfolgt. Die Genauigkeit der Scharfeinstellung oder die mit den optischen Einrichtungen erreichbare Auflösung hängt unter anderem von der Größe der Bewegungsschritte ab, die die Einstelleinrichtungen nach Maßgabe eines Störsignals oder einer sich davon ableitenden Regelgröße ausführen. ]e kleiner die Bewegungsschritte sind, um so größer ist die Auflösung. Mit kleiner werdenden Bewegungsschritten steigt jedoch die zum Erreichen der Scharfeinstellung benötigte Zeit.

Wenn nur die Schärfe eines einzigen Bildes, das nach seiner Scharfeinstellung längere Zeit stehenbleiben kann, eingestellt wird, fällt der für die Scharfeinstellung benötigte Zeitaufwand nicht ins Gewicht. Bei einer automatischen Probenanalyse handelt es sich jedoch nicht um Einzelbilder, sondern um die rasche Aufeinanderfolge einer großen Anzahl von Bildern. Diese entstehen z. B. durch das Abtasten einer Probe mit dem Abtaststrahl einer Fernsehkamera durch ein Mikroskop. Wie Dei einem Fernsehbild oder einem Fernsehfilm entstehen eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Bildern. Jedes muß für sich scharf eingestellt sein.

Bei einer starken Vergrößerung bedingt die Analyse einer Probe z. B. das Analysieren eines Videosignals, das aus z. B. 500 verschiedenen Blickfeldern erhalten wird. jedes Blickfeld kann während seiner Abtastung mit der Fernsehkamera analysiert werden. Arbeitet die Fernsehkamera z. B. mit zehn Bildern pro Sekunde und wird die Probe durch entsprechende Bewegung des Mikroskopschlittens synchron zu der Bildabtastgeschwindigkeit bewegt, dauert die Analyse von 500 Bildfeldern theoretisch 50 Sekunden. Ein für diesen Zweck anwendbares Mikroskop wird in der GB-PS 12 70 566 beschrieben.

Wenn die Scharfeinstellung eines einzelnen Bildfeldes nun z. B. 0,5 Sekunden erfordert, dann wird die für die Analyse der genannten 500 Bilder erforderliche Zeit um 250 Sekunden erhöht. Der gesamte Zeitbedarf steigt damit auf das Sechsfache.

Hiervon ausgehend ergibt sich für vorliegende Erfindung die Aufgabe, den für die Scharfeinstellung eines Bildfeldes benötigten Zeitbedarf zu senken. Die nach der Erfindung für diese Aufgabe gegebene Lösung ist im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführt.

Gemäß der Erfindung wird damit auf die Scharfeinstellung jedes einzelnen im obigen Bildfeld genannten Bereiches verzichtet und damit wesentlich an Zeit gewonnen, ohne daß dabei die Gesamtschärfe des vollständigen Bildes entscheidend leidet.

Die Aufeinanderfolge von kleinen Bereichen der Probe wird erzieh, indem die Probe relativ zum optischen System des Mikroskops in einer Reihe von Schritten längs paralleler Linien ähnlich einem Fernsehraster ohne Zeilensprung bewegt wird. Dabei umfaßt das Verfahren gemäß der Erfindung vorzugsweise den weiteren Schritt, daß das automatische Scharfeinstellungssystem vor der Analyse des ersten kleinen Bereichs am Beginn jeder neuen Zeile freigegeben wird. Dieser weitere Schritt übersteuert die Scharfeinstellungen bei jedem n-ten kleinen Bereich, so daß zu Beginn jeder neuen Zeile im allgemeinen eine neue Folge anfängt. Auf diese Weise wird das Bild des ersten kleinen Bereichs jeder Zeile stets korrekt eingestellt, und die Möglichkeit unkorrekt eingestellter Bilder am Beginn jeder Zeile infolge einer Schrägstellung der Probenoberfläche wird verringert.

Die durch diesen weiteren Schritt für jeden Scharfeinstellungsvorgang am Beginn jeder Zeile erforderliche Zeit wird auf ein Minumum herabgesetzt durch die zusätzliche Speicherung der Information, welche sich auf die Brennpunkteinstellung für den ersten kleinen Bereich jeder Zeile bezieht, für die Dauer der Zeile, sowie die Rückführung des Scharfeinstellungssystems auf diese Einstellung, bevor das automatische Scharfeinstellungssystem am Beginn der nächsten Zeile freigegeben wird. Im allgemeinen wird die Differenz in der Brennpunkteinstellung zwischen benachbarten kleinen Bereichen in angrenzenden Zeilen sehr klein sein, während die Differenz in der Brennpunkteinstellung zwischen dem Beginn und dem Ende einer Zeile von kleinen Bereichen sehr beträchtlich sein kann, wenn die Probe schräggestellt wird, so daß die Probenoberfläche zu der optischen Achse des Mikroskops nicht genau senkrecht steht. Durch die Speicherung der Information, welche sich auf die Brennpunkteinstellung für den ersten kleinen Bereich jeder Zeile bezieht, und durch Rückführung des Scharfeinstellungssystems auf diese Einstellung am Beginn der nächsten Zeile bedarf die Scharfeinstellung nur einer sehr geringen Korrektur, so daß die Anzahl der notwendigen Scharfeinstellungsschritte ve.-ringert wird.

Nachstehend werden beispielsweise Ausführungsfor ,men der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in weichen seigt

F i g. 1 eine schaubildliche Ansicht eines Mikroskops, das mit einem beweglichen Objektträger und einer Fernsehkamera versehen ist, entsprechend der F i g. 1 der britischen Patentschrift 12 70 566,

Fig. 2 einen Grundriß des Objektträgers gemäß F i g. 1 sowie die Grobeinstellung des Brennpunkts,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch den Objektträger, von vorn gesehen, und veranschaulicht die Feineinstellung des Brennpunkts, welche durch das automatische Scharfeinstellungssystem gemäß der Erfindung betätigt wird,

F i g. 4 ein Blockdiagramm eines Teils eines Bildanalysiersystems, welches ein automatisches Scharfeinstellungssystem nach dem Grundprinzip der vorliegenden Erfindung verwendet, und

Fi g. 5 ein Blockdiagramm, welches ein Analysiersystem für das Gesamtbild und eine abgeänderte Ausführungsform des automatischen Scharfeinstellungssystem gemäß der Erfindung veranschaulicht.

Die F Ί g. 6 bis 14 zeigen detaillierte Schaltbilder der Regelschaltung gemäß F i g. 5.

Zwecks genauer Beschreibung des Objektträgers des Mikroskops und der Wirkungsweise der Grob- und Feineinstelleinrichtungen wird auf die britische Patentschrift 12 70 566 Bezug genommen. Wie in derselben beschrieben wird, ist die Feineinstelleinrichtung manuell durch einen Knopf 74 einstellbar. Wenn automatische Scharfeinstellung vorgesehen ist, wird der Knopf 74 durch einen Elektromotor ersetzt, welcher zweckmäßig ein sogenannter Schrittschaltmotor ist. Zu diesem Zweck veranschaulichen die F i g. 1 bis 3 der Zeichnungen einen typischen Schrittschaltmotor, der an Stelle des Knopfes 74 angeordnet ist, wobei das ortsfeste äußere Gehäuse 75 des Motors auf der Seite des äußeren Rahmens 18 befestigt ist. Ein (nicht dargestellter) Rotor ist auf der Welle 76 an Stelle des vorher auf derselben angebrachten Knopfes 74 angeordnet, und die Welle erstreckt sich zweckmäßig über das Ende des Gehäuses 75 hinaus, um die Anbringung eines geriffelten Knopfes 74' auf derselben zu ermöglichen. Auf dem Knopf 74' können Zeichen angeordnet werden, um die Bewegung der Welle 76 anzuzeigen. Außerdem kann der Knopf das Überholen des Motors und die manuelle Betätigung der Feineinstelleinrichtung bewirken.

Die Erfindung findet insbesondere Anwendung, wenn der Objektträger Mikroskops vollständig automatisiert ist. Zu diesem Zweck ist ein elektrischer Antriebsmotor 30'(Fi g. 3) vorgesehen, um den Schlitten 30 relativ zu der Schlittenlagerung 32 zu bewegen. Ein zweiter elektrischer Antriebsmotor 32' (Fig. 3) ist vorgesehen, um die Schlittenlagerung 32 relativ zum inneren Rahmen 22 zu bewegen. Entsprechend elastische (nicht dargestellte) Antriebseinrichtungen stellen die Verbindung zwischen den Motoren und dem Schlitten bzw. der Schlittenlagerung her. Zu diesem Zweck können die Motoren 30' und 32' an irgendeiner passenden Stelle innerhalb des Objektträgers angeordnet werden, und ihre Anbringung auf der Unterseite des Rahmens ist nur beispielsweise angegeben.

Die Motoren 30' und 32' sind ebenfalls Schrittschaltmotoren, durch welche der Schlitten 30 und die Schlittenlagerung 32 schrittweise in den betreffenden Richtungen vorgerückt werden können. Die Bewegungsrichtung des Schlittens 30 wird zweckmäßig als die sogenannte -Y-Richtung und jene der Schlittenlagerung 32 als die sogenannte V-Richtung bezeichnet.

In Fig.4 ist ein Teil eines automatischen Scharfeinstellungssystems dargestellt, welches ein Brennpunkteinstellsignal von dem Hochfrequenzgehalt eines Videosignals ableitet, das durch Abtasten eines Bildes erhallen wird, welches eingestellt werden soll.

Gemäß der Erfindung wird ein Brennpunkteinstellsi-

■ gnal oder ein den korrekten Brennpunkt anzeigendes Signal am Ende jeder /?-ten Bildabtastung der (nicht dargestellten) Abtasteinrichtung erzeugt, die das Videosignal erzeugt, welches dem Verbindungspunkt 76 zugeführt wird. Die Zahl η wird durch Einstellung eines Wählers 77 ausgewählt, der ein Zählwerk enthält, dem die Bildsynchronisierungsimpulse zugeführt werden (welche mit EOF bezeichnet sind. d. h. Ende des Bildes).

ίο Der Wähler öffnet das Tor 78 nur während jeder n-ten Bildabtastung. Der Stromkreis veranschaulicht daher das Grundkonzept der Erfindung, aber selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf den besonderen Stromkreis beschränkt (der nur beispielsweise angegeben ist), um das automatische Scharfeinstellungssignal zu erhalten.

Das Videosignal wird durch einen Phasenteilungsverstärker 79 verstärkt, und beide Ausgangssignale werden der Zeit nach durch einen Differentiator 80 differenziert. Auf diese Weise wird ein Differentialsignalimpuls für die Kreuzungen der Zeilenabtastung mit den vorderen und hinteren Kanten von Bildpunkten 7Ugeführt.

Die Amplitude jedes Differentialimpulses wird in einer Vergleichseinrichtung 81 mit einer Schwellenspannung verglichen, und während jeder n-ten Bildabtastung werden die Impulse welche die Schwellenspannung überschreiten, in einem Akkumulator 82 gespeichert. Wenn die Größe des gespeicherten Signals kleiner ist als eine zweite Schwellenspannung, die durch ein Potentiometer 83 eingestellt wird, erzeugt eine zweite Vergleichseinrichtung 84 ein Warnsignal X, welches anzeigt, daß das Bild keine Bildpunkte zu enthalten scheint.

Ein Analogvergleich zum Zwecke der Erzeugung des Signals X ist dargestellt, aber selbstverständlich kann auch ein Digitalvergleich verwendet werden.

Das im Akkumulator 82 gespeicherte Signal wird durch eine Vorrichtung 85 verstärkt, welche ein Signal B erzeugt, dessen Wert dem Logarithmus des Wertes des gespeicherten Signals entspricht. Das Signal B wird in einer Vergleichseinrichtung 86 mit einem Signal A aus einem Speicher 87 verglichen. Das Signal A ist das letzte Signal B, das erzeugt werden soll, und zu diesem Zweck wird das Signal B der Vorrichtung 85 auch dem Eingang des Speichers 87 zugeführt. Das Signal B kann Digitaloder Analogform aufweisen. Die Vergleichseinrichtung 86 und der Speicher 87 sind demgemäß Digital- odei Analogvorrichtungen.

Das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 8( wird einem Steuersignalgenerator 88 zugeführt, der dre verschiedene Steuersignale erzeugt, welche A > t A < B oder A = B entsprechen. Selbstverständlich is die Gleichheit nur angenähert, und in der Praxis win das letzte dieser drei Signale erzeugt, wenn du Differenz zwischen A und B kleiner ist als eil vorherbestimmter Wert. Die drei Steuersignale werde einer Brennpunktsteuervorrichtung zugeführt (die b« 89 schematisch dargestellt ist), durch welche de Brennpunkteinstellmotor 75 (z. B. in den F i g. 1 bis 3) i gleichen Teilschritten einstellbar ist, um den Brennpunt des Bildes zu verändern. Ein Signal (A > B) erzeu| Teilschritte in entgegengesetzter Richtung zu jene eines Signals (A < B) und das Signal (/4=0) erzeuj keine weiteren Teilschritte.

Die Schwellenspannung für die Vergleichseinrichtur 81 wird auf folgende Weise erzeugt. Während der erste Bildabtastung jeder Folge von π Abtastungen ist das T<

90 geöffnet, und die Tore 91 und 92 sind geschlossen. Ein Zählimpuls wird durch eine monostabile Einrichtung 93 für jeden differenzierten Impuls erzeugt, der die Schwellenspannung in der Vergleichseinrichtung 81 überschreitet. Die Zählinipulse werden durch einen Akkumulator 94 gespeichert, und während der Bildabtastung wird eine Spannung erzeugt, welche als die Schwellenspannung zur Vergleichseinrichtung 81 zurückgeführt wird. Am Ende des Bildes ist die Spannung am Verbindungspunkt 95 ein Maß für den differenzierten Impuls mit der größten Amplitude, und am Ende des Bildes wird diese Spannung über das Tor 92 in eine Halteeinrichtung 96 übertragen. Zum gleichen Zeitpunkt ist das Tor 90 geschlossen und das Tor 91 geöffnet. Die in der Halteeinrichtung % gespeicherte Spannung dient als Spannungsquelle der Schwellenspannung für die nächsten (n — 1) Abtastungen. Nur ein Verhältnisanieil der Gesamtspannung wird als Schwellenspannung verwendet, und der Verhältnisanteil wird durch Einstellung des Potentiometers 97 ausgewählt.

Es ist zu bemerken, daß der Wert der am Verbindungspunkt 95 angesammelten Spannung mit der Verbesserung des Brennpunkts etwas zunehmen wird, da die Amplitude der differenzierten Signale mit schärfer definierten Bildpunktbegrenzungen zunimmt, weil diese steilere vordere und hintere Kanten der Amplitudenschwankungen des Videosignals an den Bildpunktbegrenzungen erzeugen. Diese Tatsache kann als eine sekundäre Anzeige verwendet werden, ob eine gegebene Brennpunktkorrektur in der richtigen Riehtung vorgenommen wurde.

Ein abgeänderter Stromkreis zum Erzielen des automatischen Scharfeinstellungssignals ist in F i g. 5 (wieder nur beispielsweise) dargestellt in Kombination mit zugehörigen Teilen eines Bildanalysiersystems. welches automatisch wirksam ist, um jeden Bereich einer Aufeinanderfolge von kleinen Bereichen für die Analyse darzubieten. Es ist zu bemerken, daß ein Teil dieses Stromkreises auf dem Stromkreis zum Erzeugen eines automatischen Scharfeinstellungssignals basiert, der in Fig. 10 der britischen Patentanmeldung 54 114/69 dargestellt ist. Auf dieselbe wird Bezug genommen für eine vollständigere Beschreibung der Stromkreisblöcke 132, 138, 140, 142, 144 und 136. Es ist jedoch zu bemerken, daß die besonderen Stromkreise für den Stromkreisblock 132 nur beispielsweise angegeben sind und daß die Erfindung nicht auf dieses oder irgendein anderes Verfahren der Ableitung eines elektrischen Signals beschränkt ist, welches den Brennpunkt des Bildes in der Quelle des Videosignals anzeigt.

Der Einfachheit halber ist in F i g. 5 nur die Fernsehkamera 100 dargestellt. Dieselbe ist auf dem oberen Ende des in F i g. 1 gezeigten Mikroskops angeordnet. Die Kamera 100 ist so angeordnet, daß ein endgültiges Bild des Mikroskops auf der Fotokathode der Kamera geformt wird, und eine (nicht dargestellte) entsprechende Beleuchtung ist vorgesehen, um die Probe entweder von unten oder von oben zu beleuchten, je nachdem, ob die auf dem Schlitten 30 angeordnete Probe eine sogenannte reflektierende Probe oder eine lichtdurchlässige Probe ist.

Die Stromkreise, welche die Stromzuführung und die Abtastspannungen für die Kamera 100 liefern, sind nicht dargestellt, weil angenommen wird, daß die Anordnung und Form derselben bekannt und für den Fachmann (,s selbstverständlich sind.

Ebenso ist ein üblicher angepaßter Vorverstärker usw. für das Videosignal der Fernsehkamera 100 nicht dargestellt.

Um jene Elemente in den F i g. 1 bis 3 zu bezeichnen, welche mit der britischen Patentschrift 12 70 566 übereinstimmen, und ebenso jene Stromkreisblöcke in Fig. 5, welche mit der Fig. 10 der britischen Patentanmeldung 54 114/69 übereinstimmen, sind die gleichen Bezugsziffern verwendet worden, wie in den Zeichnungen der Patentschrift bzw. der Patentanmeldung. Die in den Figuren und insbesondere in F i g. 5 hinzugefügten Stromkreisblöcke und Teile, welche die Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen, sind mit Bezugsziffern von 150 aufwärts bezeichnet worden.

Das Videosignal der Kamera 100 wird am Verbindungspunkt 150 geteilt und über das Tor 152 dem Brennpunktsignalableitungssystem 132 sowie über die Tore 154 und 156 einem Eingang einer Vergleichseinrichtung 158 zugeführt, welche als Schwellendetektor dient. Die wahlweise Betätigung des Tores 152 in der unter Bezugnahme auf das Tor 78 der F i g. 4 beschriebenen Weise gibt das automatische Scharfeinstellungssystem nur in ausgewählten Intervallen während einer Folge von Bildabtastungen frei. Zu diesem Zweck wird dem anderen Eingang der Vergleichseinrichtung eine Bezugsspannung von einem Potentiometer 160 zugeführt. Das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung besteht aus Impulsen mit konstanter Amplitude, deren Dauer gleich den erfaßten Amplitudenschwankungen des Videosignals ist. Unter Erfassung ist die Auswahl jener Amplitudenschwankungen zu verstehen, welche die Bezugsspannung überschreiten. Selbstverständlich kann die Vergleichseinrichtung aber auch umgekehrt werden, so daß eine Erfassung bewirkt wird, wenn die Amplitude des Videosignals unter die Bezugsspannung absinkt, wie dem Fachmann bekannt ist.

Die am Verbindungspunkt 162 erscheinenden erfaßten Videosignalimpulse können auf irgendeine bekannte Weise analysiert werden. Es sind daher keine Einzelheiten hinsichtlich der präzisen Form des Analysiercomputers angegeben, der verwendet werden kann. Es wird beispielsweise auf die britische Patentschrift 12 64 804 Bezug genommen, welche eine Ausführungsform eines Bildanalysiercomputers veranschaulicht, durch welchen in einem Blickfeld erfaßte Bildpunkte unter anderem auf einer Bereichsbasis gezählt und bemessen werden können.

Selbstverständlich kann die Information für den Computer gewöhnlich von einer einzigen Bildabtastung des im Brennpunkt befindlichen Bildes in der Fernseh kamera 100 abgeleitet werden. Die nachstehend zi beschreibende Wirkungsweise des in F i g. 5 dargestcll ten Gesamtsystems nimmt an, daß dies der Fall ist. E: w.rd für den Fachmann selbstverständlich sein, daß nu geringe Modifikationen erforderlich sind, um das ii Fig.5 dargestellte System zu befähigen, irgendein' Anzahl von Bildabtastungen über die Tore 154 und 15« der Vergleichseinrichtung 158 zuzuführen.

Allgemeine Beschreibung der Wirkungsweise

Eine Probe wird auf dem Schlitten 30 angeordnet. De Schlitten 30 und die Schlittenlagerung 32 werde manuell oder automatisch so eingestellt, daß ein kleine Bereich der Probe in dem Blickfeld des Mikroskops un daher auf der Fotokathode der Fernsehkamei dargeboten wird. Indern den Schrittschaltmotoren 3' und 32' entsprechende elektrische Impulse zugefüh werden, kann die Probe relativ zu der optischen Ach:

des Mikroskops schrittweise so bewegt werden, dall nacheinander verschiedene Bereiche der Probe in dem Blickfeld dargeboten werden. Auf diese Weise kann entweder die ganze Probe oder ein bestimmter Bereich derselben während einer Zeitperiode der Kamera dargeboten werden.

Ein angenäherter Brennpunkt kann durch Einstellen der Grobeinstellung 28 oder 28' erhalten werden, während die endgültige Einstellung manuell oder automatisch durch Drehen des Knopfes 74' ausgeführt wird. Diese endgültige Bewegung wird selbstverständlich gewöhnlich durch das automatische Scharfeinstellungssystem bewirkt, wie nachstehend beschrieben wird.

Nachdem das Bild scharf eingestellt worden ist, wird gemäß der Erfindung ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, das Signal INF des Steuerstromkreises 142, und das Videosignal der Kamera 100 wird dem Detektor 158 und dem (nicht dargestellten) Computer während der nächsten vollständigen Bildabtastung zugeführt. Am Ende dieser Abtastung werden der Schlitten 30 und/oder die Schlittenlagerung 32 des Objektträgers durch die Schrittschaltmotoren 30' bzw. 32' eingestellt, um die Probe neu anzuordnen. Während der nächsten Bildabtastung wird die Information aus dem dem Mikroskop dargebotenen neuen Bereich abgetastet, und das Videosignal wird über den Detektor 158 dem (nicht dargestellten) Computer zugeführt.

Dies wird wiederholt, bis der Schlitten 30 η Schritte in der X-Richtung ausgeführt hat, worauf ein Ende des Signals η (EON) erzeugt wird. Das Signal EON unterbindet die weitere Bewegung des Schlittens 30 und ermöglicht dem automatischen Scharfeinstellungssystem, den Brennpunkt des Bildes wieder einzustellen.

Sobald das Brennpunktsignal INF wieder verfügbar ist, wird das automatische Scharfeinstellungssystem behindert, und die Analyse gehl in der beschriebenen Weise weiter, bis wieder η Schritte in der λ'-Richtung ausgeführt worden sind, worauf wieder die Scharfeinstellung eingeleitet wird.

Die Bewegung der Probe auf dem Schlitten 30 ist typischerweise in der Form eines Abtaslrastcrs, welches jenem einer Fernsehkamera ähnlich ist, und ein weiteres elektrisches Signal wird erzeugt, sobald der Schlitten 30 die Stelle in seiner Bewegung erreicht, an welcher der Rücklauf zum entgegengesetzten Ende der Schlittenlagerung 32 beginnt. Die Schlittenlagerung 32 wird dann um einen Schritt in der V-Richtung bewegt. Dieses Signal ist mit EOL bezeichnet und zeigt das Ende der Zeile an. Die gleiche Wirkung findet statt, sobald ein Signal EOL erzeugt wird, was erfolgt, wenn ein Signal KWerzeugt wird.

Eine weitere Verbesserung ist in der Form eines Speichers und zugehöriger Adressierstromkreise vorgesehen, durch welche die Brennpunktstellung gespeichert wird, die für den ersten Bereich auf jeder Zeile der Bewegung der Schlittenlagerung 32 erhalten wird. Die gespeicherte Information wird verwendet, um die Scharfeinstellungssteucrungen in die gleiche Stellung für den ersten Bereich auf der nächsten Zeile der Bewegung der Schlittcnlagerung 32 zurückzuführen. Auf diese Weise wird gefunden, daß die Verzögerung der neuen Scharfeinstellung am Beginn jeder Zeile der Bewegung der Schlittenlagerung 32 auf ein Mindestmaß verringert wird.

Ausführliche Beschreibung des vollständigen Systems

Die Schrittschaltung der Bestandteile 30 und 32 des Objektträgers ist mit der Bildabtastung der Kamera 100 synchronisiert, indem die Schrittschaltsignale für die Motoren 30' und 32' von Signalen abgeleitet werden, die von einem Hauptsteuerstromkreis 164 abgeleitet sind. Signale, welche die Zeilen- und Bildabtastfrequenzen der Fernsehkamera 100 anzeigen, sind auf den Leitungen 166 und 168 vorgesehen, und der Steuerstromkreis 164 führt dem Verbindungspunkt 170 während jeder Bildabtastung ein Ablesesignal zu. Das Ablesesignal besteht aus einer Reihe elektrischer

ίο Impulse, welche innerhalb des abgetasteten Bereichs der Kamera ein sogenanntes Leerbild oder eine Maske definieren. Der Stromkreis 164 kann beispielsweise aus einem sogenannten Maskengenerator von der in der USA.-Patentschrift 35 51 052 beschriebenen und dargestellten Art bestehen. Die Ablesesignale werden durch das Tor 172 zugeführt und erscheinen am Verbindungspunkt 174 als Analysensignale. Das Tor 172 verändert nicht die Form der Ablesesignale, sondern behindert dieselben nur während bestimmter Bildabtastungen, wie nachstehend beschrieben wird. Die Analysensignale werden einem Steuerstromkreis 176 zugeführt, welcher einen einzigen Impuls am Ende der Folge von Impulsen ableitet, die jedes Analysensignal bilden. Dieser einzige Impuls wird auf den Steuerstromkreis 178 zur Einwirkung gebracht, welcher dazu dient, die elektrischen Impulse für die Schrittschaltmotoren 30' bzw. 32' des Objektträgers zu liefern.

Der Steuerstromkreis 178 entschlüsselt außerdem die demselben zugeführten Impulse, um den· Motoren 30' und 32' die entsprechenden Signale zu liefern, damit eine gewünschte Form der rasterartigen Bewegung der Probe relativ zu der optischen Achse des Mikroskops bewirkt wird. Das Raster entspricht typischerweise einem Fernsehabtastraster und umfaßt eine Rücklaufperiode am Ende jeder vollständigen Querbewegung in derX-Richtung.

Der Steuerstromkreis 178 ist auf die Einstellung der Motoren 30' und 32' programmierbar, um die Probe in dem als Nullpunkt bezeichneten Ausgangspunkt des Rasters mittels eines Steuerstromkreises 180 anzuordnen, der durch ein Auslösesignal gesteuert wird. Das Auslösesignal für den Steuerstromkreis 180 kann beispielsweise durch einen Druckknopf gesteueri werden, der zweckmäßig auf der Vorderseite det Vorrichtung angeordnet ist.

Die Signale des Steuerstromkreises 176 werden durch ein Zählwerk 182 gezählt, das eine einstellbare Kapazität aufweist. Auf der Vorderseite der Vorrich tung kann eine (nicht dargestellte) Steuerung zu:

Einstellung der Kapazität des Zählwerks vorgesehet werden, welches zweckmäßig ein sogenanntes Über laufzählwerk ist und welches ein Ausgangssignal auf de Leitung 184 erzeugt, wenn die entsprechende Anzah von Impulsen gezählt worden ist.

Das Ausgangssignal des Zählwerks wird auf einei weiteren Steuerstromkreis 186 zur Einwirkung ge bracht, der ein Signal EON erzeugt, welches das Endi von η Schrittimpulsen anzeigt. Vom Steuerstromkrei 186 wird auch ein Signal erzeugt, welches über da Oder-Tor 188 dem Rückstelleingang des Zählwerks 18 zugeführt wird, um das Zählwerk auf Null zurück/.ustel len.

Um das Zählwerk am Beginn einer Analysenfolg zurückzustellen, wird einem anderen Eingang de

Oder-Tores das Auslösesignal zugeführt.

Ein zweites Zählwerk 190 ist vorgesehen, um di Anzahl der Schrittimpulse zu zählen, die dem Motor 3< zugeführt werden, der den Schlitten 30 in de

X-Richtung antreibt. Das Zählwerk 190 ist von ähnlicher Art wie das Zählwerk 182 und ist daher ein sogenanntes Überlaufzählwerk. Seine Zählkapazität ist einstellbar und in der dargestellten Ausführungsform mit Nbezeichnet. Der Wert von N ist gleich der Anzahl 5 der Schritte, die der Schlitten 30 ausführt'* wenn sich derselbe von der einen Seite der Schlittenlagerung 32 zu der anderen Seite bewegt. Wenn zusätzliche Vorkehrungen getroffen sind, um die Schriugröße der schrittweisen Bewegung des Objektträgers zu verändem. wird der Wert N der Überlaufkapazität von der besonderen Schrittgröße abhängig gemacht, die zu irgendeinem Zeitpunkt gewählt wird.

Das Überlaufsignal des Zählwerks 190 wird einem zweiten Steuerstromkreis 192 zugeführt, der ein Signal EOL erzeugt, um das Ende jeder Zeile von Teilschritten des Schlittens 30 anzuzeigen. Ein Rückstellsignal wird über das Oder-Tor 194 dem Rückstelleingang des Zählwerks 190 zugeführt. Das Rückstellsignal stellt das Zählwerk 190 auf Null zurück.

Wie beim Zählwerk 182 weist das Oder-Tor 194 einen weiteren Eingang auf, dem das Auslösesignal zugeführt wird.

Weil das das Ende der Zeile anzeigende Signal EOL die Scharfeinsiellungsfolge wieder in Gang setzen muß (da das Vorhandensein des Signals EOL den Rücklauf des Schlittens 30 anzeigt), weist das Oder-Tor 188 einen zusätzlichen Eingang auf, dem das Signal EOL zugeführt wird. Das Zählwerk 182 wird daher auf Null zurückgestellt, entweder am Ende von N Schrittimpulsen des Steuerstromkreises 176 oder durch einen Auslöseimpuls, welcher anzeigt, daß eine Analyse beginnen oder vom Nullpunkt wieder beginnen soll, oder durch ein das Ende der Zeile anzeigendes Signal EOL des Steuerstromkreises 192.

Nunmehr soll der restliche Teil des Systems beschrieben werden. Das Videosignal der Fernsehkamera 100 wird gewöhnlich am Durchgang zu der Vergleichseinrichtung 158 durch das Tor 154 gehindert, welches durch ein Signal vom Steuerstromkreis 196 über das Oder-Tor 198 geschlossen ist. Der Steuerstromkreis 1% liefert das Schließsignal, falls entweder ein Auslösesignal erzeugt wurde oder ein Signal EON oder EOL erschienen ist. Das Signal wird nur beendet, wenn ein Brennpunktsignal von dem automatischen Scharfeinstellungssystem erhalten wird, wie nachstehend beschrieben wird.

Das Videosignal der Kamera 100 wird jedoch über das Tor 152 dem Brennpunktsignalableilungssystem 132 zugeführt, wenn das Tor 152 geöffnet ist. Das Öffnungssignal für dieses Tor wird von einem weiteren Steuerstromkreis 200 abgeleitet, dem die Auslösesignale EON und EOL als Vorspannungssignale zugeführt werden. Das Erscheinen irgendeines dieser Signale versetzt den Stcuerstromkreis in einen vorgespannten Zustand, so daß die nächste Folge von Ableseimpulsen, die dem Steuerstromkreis 200 vom Verbindungspunkt 170 ebenfalls zugeführt wird, hindurchgehen kann, um das Tor 152 zu öffnen. Das letztere wird daher in entsprechenden Intervallen während jeder Zeilenabtastung der ersten vollständigen Bildabtastung nach einem Auslösesignal EON oder EOi. geöffnet. Das Ausgangssignal des Steuerstromkreises 200, das am Verbindungspunkt 202 erscheint, wird als ein Brennpunktablesesignal bezeichnet, weil es anzeigt, wenn das (15 System 132 für Signale aufnahmefähig ist, aus denen ein Brennpunktsignal abgeleitet werden kann. Die Signale am Verbindungspunkt 202 sind erforderlich, um einen weiteren Sleuerstromkreis zu betätigen, wie nachstehend beschrieben wird.

Am Ende der ersten vollständigen Bildabtastung ist ein den Brennpunkt anzeigendes Signal FFl am Verbindungspunkt 204 verfügbar.

Ein Speicher 138 ist vorgesehen, um dieses Signal zu speichern, so daß dasselbe mit dem entsprechenden den Brennpunkt anzeigenden Signal aus der nächsten Bildabtastung verglichen werden kann nach der Einstellung der Brennpunktsteuerung durch den Motor 75 (s. F i g. 1 bis 3). Zu diesem Zweck wird der Speicher 138 durch ein Auslösesignal über das Oder-Tor 206 gelöscht, so daß derselbe zum Empfang des Signals FFl bereit ist.

Das Signal FF1 vom Verbindungspunkt 204 erscheint auch über die Leitung 208 am Eingang 1 der Vergleichseinrichtung 140 und ein Steuerstromkreis 210, dem das Brennpunktablesesignal vom Verbindungspunkt 202 als einer seiner Eingänge zugeführt wird, erzeugt ein entsprechendes Öffnungssignal für die Tore 211. 21Γ im Ausgang der Vergleichseinrichtung 140. Ausgangssignale von der Vergleichseinrichtung 140 sind daher am Ende der ersten Bildabtastung verfügbar. Weil kein Signal vom Speicher 138 vorhanden ist, ist ein Ungleichgewicht sichergestellt, so daß die Auigangssignule als ein Eingang zum Steuerstromkreis 142 verfügbar sind. Eines der Ausgangssignale zeigt die Größe und das andere das Vorzeichen, d. h. die Richtung des Ungleichgewichts, an.

Wegen des Ungleichgewichts erzeugt dieser Stromkreis ein die unscharfe Einstellung anzeigendes Signal OOFsowie ein Signal für den Störrichtungswähler 144, der die Erzeugung und das Vorzeichen, d. h. die Richtung eines Störsignals durch den Generator 136, steuert, welcher seinerseits dem Schrittschaltmotor 75 einen Antriebs- oder Rücklaufimpuls erteilt, um die Feineinstellung einzustellen und den Brennpunki des Bildes zu verändern.

Die Brennpunktablesesignale vom Verbindungspunkt 202 werden dem Steuerstromkreis 142 als ein Rückstellsignal zugeführt, um das Ausgangssignal INF zu entfernen und das Signal OOF für eine neue Scharfeinstellungsfolge wiederherzustellen.

Em Schrittgrößenwähler 212 ist ebenfalls vorgesehen welcher einstellbar ist, um die tatsächliche Größe des Störsignals zu verändern, das dem Schrittschaltmotor 75 zugeführt wird. Auf diese Weise ist die Winkelbewe gung der Feineinstellungswelle 76(Fi g. 3) regelbar.

Es wird angenommen, daß die Bewegung de: Schrittschaltmotors 7* und die Einstellung des Brenn punkts sehr wenig Zeit erfordert und der Einfachhei halber innerhalb der Rücklaufperiode zwischen dei Bildabtastungen ausgeführt werden kann, so daß dii nächste Folge von Ablesesignalen, die auf dei Steuerstromkreis 200 zur Einwirkung kommt, um da Tor 152 zu öffnen, am Verbindungspunkt 204 ei Brennpunktanzeigesignal erzeugt, welches den neue scharf eingestellten Zustand des Bildes als ein Ergebni des Schrittes des Brennpunktsteuermotors 75 anzeig Dieses Signal FF2 wird über die Leitung 208 der Eingang 1 der Vergleichseinrichtung 140 zugeführt, un gleichzeitig erscheint das Signal FFl des Speichers 13 am Eingang 11 der Vergleichseinrichtung 140. Di Ausgangssignale werden über die Tore 211,21Γ wieck aul den Steuerstromkreis 142 übertragen.

Auf den letzteren ist ein Grenzwcrtsignal zi Einwirkung gebracht worden, mit welchem di Differenzsignal (FF2, FFl) der "^rgleichseinrichtur

140 verglichen wird. Wenn das Differenzsignal außerhalb des Grenzwertes liegt, wird das die unscharfe Einstellung anzeigende Signal erzeugt. Außerdem wird ein weiteres Störsignal in der entsprechenden Richtung erzeugt und der Schrittschaltmotor 75 entsprechend gesteuert. Der Vorgang wird bis zu dem Zeitpunkt wiederholt, in dem das Differenzsignal der Vergleichseinrichtung 140 innerhalb des Grenzwertes fällt, der dem Steuerstromkreis 142 auferlegt ist. Zu diesem Zeitpunkt verschwindet das die unscharfe Einstellung anzeigende Signal OOF, und ein Brennpunktsignal INF erscheint.

Dieses letztere Signal wird auf verschiedene der bereits erwähnten Steuerstromkreise zur Einwirkung gebrachtem in folgender Weise zu wirken:

Das Signa! wird auf einen monostabilen Multivibrator 214 zur Einwirkung gebracht, dessen Ausgangsimpuls als ein Auslöseimpuls für den Steuerstromkreis 196 dient, der dann das Schließsignal aufhebt, das über das Tor 198 zur Einwirkung kommt, um das Tor 154 zu schließen, welches dadurch geöffnet wird. Das Schließsignal für das Tor 154 wird durch das Erscheinen eines Schrittimpulses des Steuerstromkreises 176 am Verbindungspunkt 216 wieder erzeugt. Zu diesem Zweck werden die Schrittimpulse als ein weiterer Eingang dem Steuerstromkreis 1% zugeführt. Auf diese Weise wird das Tor 154 für die Dauer der ersten vollständigen Bildabtastung geöffnet, nachdem ein Signal INF des Steuerstromkreises 142 erzeugt worden ist, wird aber unmittelbar nachher wieder geschlossen und bleibt geschlossen, bis ein neues Signal /A/Ferzeugt wird.

Das Signal INF wird auch einem Eingang eines weiteren Steuerstromkreises 218 zugeführt, der ein Ausgangssignal erzeugt, um das Tor 172 zu öffnen. Der Steuerstromkreis 218 weist zwei weitere Eingänge auf. denen die Signale EONbzw. EOL von den Stromkreisen 186 und 192 zugeführt werden. Das Erscheinen eines Signals EON oder eines Signals EOL entfernt das Öffnungssignal vom Tor 172. Das letztere wird daher geöffnet, sobald ein Signal INF erzeugt worden ist, und bleibt geöffnet, bis ein Signal EON oder ein Signal EOL erzeugt wird. Die Öffnung des Tores 172 gibt die nächste Folge von Ableseimpulsen des Steuerstromkreises 164 als Analysensignalimpulse frei, welche am Verbindungspunkt 174 erscheinen und die öffnungssignalimpulse für das Tor 156 auch im Signalweg vom Verbindungspunkt 150 zu der Vergleichseinrichtung 158 liefern. Da das Tor 154 auch für die erste Bildabtastung nach einem Impuls INF geöffnet wird, erscheinen die Videosignalimpulse vom Verbindungspunkt 150 während der ersten vollständigen Bildabtastung, nachdem ein Impuls INF" erzeugt worden ist, an der Vergleichseinrichtung 158 und werden mit der Bezugsspannung 160 verglichen, um erfaßte Videosignalimpulse an dem Verbindungspunkt 162 zu erhalten, wie vorstehend beschrieben wurde.

Das Signal INF wird auch als ein Löschsignal dem Steuerstromkreis 200 zugeführt. Das Löschsignal beendet das Brennpunktablesesignal am Verbindungspunkt 202 und entfernt auch das Öffnungssignal für das Tor 152, wodurch die weitere Übertragung des Videosignals auf das System 132 verhindert wird.

Das Signal INF wird auch auf einen monostabilen Multivibrator 220 zur Einwirkung gebracht, dessen Ausgangsimpuls über das Oder-Tor 206 als ein Löschsignal für den Speicher 138 dient. Der letztere wird daher gelöscht, sobald ein scharf eingestellter Zustand angezeigt wird, um bereit zu sein, die nächste Folge von den Brennpunkt anzeigenden Signalen des Systems 132 während des nächsten automatischen Scharfeinstellungsvorganges zu empfangen.

Schließlich wird das Signal /Λ/F auf den Steuerstromkreis 210 zur Einwirkung gebracht, um das ölfnungssignal für das Tor 211 zu beenden. Auf diese Weise werden dem Steuerstromkreis 142 nicht irgendwelche weitere verschiedene Signale zugeführt. Das Signal/A/F wird durch den Stromkreis 142 kontinuierlich erzeugt bis zum Beginn der nächsten automatischen Scharfein steilungsfolge.

Ausführliche Beschreibung der Wirkungsweise

Unter der Annahme, daß die Folge der Vorgänge durch ein Auslösesignal begonnen wird, ist daraus ersichtlich, daß dadurch die Stellung der auf dem Schlitten 30 angeordneten Probe auf den Ausgangspunkt der Bewegung der aus Schlitten und Schlittenlagerung bestehenden Einrichtung zurückgeführt wird. Durch das Aur'ösesignal werden auch der Speicher 138 und die Zählwerke 182, 190 gelöscht sowie der Steuerstromkreis 200 vorgespannt, so daß die folgenden Ablesesignale vom Verbindungspunkt 170 das Tor 152 öffnen und dem durch die Blöcke 132 bis 75 gebildeten automatischen Scharfeinstellungssystem ermöglichen, während der Bildabtastungen bis zu dem Zeitpunkt wirksam zu sein, in dem ein scharf eingestellter Zustand angezeigt und ein Signal /NF durch den Steuerstromkreis 142 erzeugt wird.

Wie vorstehend beschrieben wurde, unterbricht das Signal INF die automatische Scharfeinstellungsfolge, versetzt die Eingabestromkreise für den Detektor 158 in einen aufnahmefähigen Zustand, um die nächste Bildabtastung des Videosignals der Kamera 100 zu empfangen, und erzeugt auch die notwendigen Signale zum öffnen der Tore im Eingabestromkreis des Detektors 158. Die gleichen Signale werden verwendet, um das Signal zum Schrittschalten der Probe abzuleiten. Die Schrittschaltimpulse werden auch auf den Steuerstromkreis 178 zur Einwirkung gebracht, welcher dieselben erforderlichenfalls entschlüsselt, um die entsprechenden Schrittschaltbewegungen des Schlittens 30 und der Schlittenlagerung 32 in der X-Richtung bzw. in der Y- Richtung zu bewirken.

Gemäß der Erfindung wird nach π Schrittschaltbewegungen des Objektträgers in der X-Richtung das Zählwerk 182 überlaufen und vom Steuerstromkreis 186 ein Signal EON erzeugt werden, welches das Öffnungssignal für das Tor 172 beendet und dadurch die weitere Schrittschaltung der Bestandteile des Objektträgers bis zum Ende einer vollständigen automatischen Scharfeinstellungsfolge verhindert. Das Signal EON dient auch zum öffnen des Tores 152, um das automatische Scharfeinstellungssystem für das Videosignal dei Kamera 100 aufnahmefähig zu machen. Die automati sehe Scharfeinstellungsfolge wird wiederholt, bis vorr Steuerstromkreis 142 ein Signal INF empfangen wird welches anzeigt, daß die Analyse fortgesetzt werdet kann.

Wenn das Zählwerk 190 überläuft, was anzeigt, dal eine vollständige Querbewegung in der ΛΓ-Richtunj erfolgt ist, wird auf die gleiche Weise das Signal EOi erzeugt, welches in einer identischen weise wie da Signal EON wirksam ist und eine vollständig* automatische Scharfeinstellungsfolge einleitet. Darau ist ersichtlich, daß infolge der Taktsteuerung de verschiedenen Impulse die automatische Scharfeinstel lungsfolge tatsächlich an dem nächsten Blickfei

ausgeführt wird, das dem Mikroskop und der Kamera dargeboten wird, und daher d?m ersten Blickfeld auf der nächsten Abtastzeile der Bewegung der Bestandteile 30, 32 des Objektträgers entspricht.

Speicherung der Brennpunktinformation

Die Stellung des Schrittschaltmotors 75 kann elektrisch durch mindestens zwei Signale definiert werden, und eine Verbesserung der Erfindung umfaßt einen Speicher 222 und einen Steuerstromkreis 224 für denselben. Der Speicher wird durch ein Auslösesignal gelöscht, während der Steuerstromkreis 224 durch ein Auslösesignal vorgespannt wird. Dem zweiten Eingang des Steuerstromkreises 224 wird das Signal INF vom Steuerstromkreis 142 zugeführt. Nachdem der Steuerstromkreis 224 ein Auslösesignal empfangen hat, dient das erste Signal WFaIs eine Ableseinstruktion für den Speicher 222, um die Stellung des Schrittschaltmotors 75 und infolgedessen die Stellung der Feineinstellung abzulesen und zu speichern. Die Signale der Stellungskoordinaten werden im Speicher 222 gespeichert.

Das Ausgangssigrial EOL des Steuerstromkreises 192 wird auch als ein Eingangssignal dem Steuerstromkreis 224 zugeführt. Dessen Empfang erzeugt ein Adressier- und Ablesebefehlssignal für den Speicher 222 längs einer zweiter. Ausgangsleitung, um die in dem Speicher befindliche Information auf einen Motorsteuerstromkreis 226 zu übertragen, welcher seinerseits entsprechende Signale für den Schrittschaltmotor 75 erzeugt, um erforderlichenfalls die Stellung des Motors zu verändern, so daß der Motor die gleiche Stellung einnimmt (und daher die gleiche Stellung der Feineinstellung erzielt wird), die erhalten wird, wenn sich das Signal INF für das erste Blickfeld dieser Zeile im Brennpunkt befindet. Selbstverständlich werden die Schrittschaltmotoren 30' und 32' gleichzeitig die Bestandteile 30 und 32 des Objektträgers bewegt haben, so daß das dem Mikroskop dargebotene neue Blickfeld das erste Blickfeld auf der nächsten Zeile ist. Da angenommen wird, daß sich der Brennpunkt zwischen angrenzenden Feldern nur sehr wenig verändert, wird die Tendenz für eine Brennpunktabweichung eliminiert, die infolge einer Schrägstellung der Probe in der X- Richtung erfolgt und die eine lange Zeitverzögerung ergibt, welche am Beginn jeder Zeile erforderlich ist, bevor die Scharfeinstellung erzielt ist.

Durch das Erscheinen eines Signals EOL am Steuerstromkreis 224 wird derselbe in der gleichen Weise vorgespannt wis durch ein Auslösesignal, so daß das durch den Steuerstromkreis 224 empfangene nächste Signal INF das Ablese- und Befehlssignal für den Speicher 222 erzeugt, die nächste Brennpunktstellung des Motors 75 zu speichern, d. h. jene, welche dem ersten Blickfeld auf der neuen Zeile entspricht.

Der Vorgang wird selbstverständlich am Ende der Zeile wiederholt und nachher bis zum Ende des Rasters der Zeilen, welche die Bewegung des Objektträgers in der X- und V-Richtung bestimmen.

Punkte der Modifizierung

Vorstehend ist beschrieben worden, daß die Ableseimpulse am Verbindungspunkt 170 von jeder Bildabtastung der Fernsehkamera 100 abgeleitet werden, so daß ein Ablesesignal während jeder Bildabtastung erscheint. In der Praxis bedeutet dies, daß die Einstellzeit für die Bestandteile 30,32 des Objektträgers nach einem Schrittschaltbefehl des Steuerstromkreises 178 und auch die Einstellzeit, die nach einem auf den Motor 75 zur Einwirkung gebrachten Störsignal erforderlich ist, ein kleiner Bruchteil dei Rücklaufzeitperiode des Bildes sein muß, welche selbst sehr klein ist. In der Praxis ist dies unmöglich zu erzielen, und ein 5 oder zwei Bildabtasiperioden sind erforderlich, um sicherzustellen, daß jede Bewegung aufgehört hat und die Einstellung erfolgt ist. Infolgedessen werden die vom Steuerstromkreis 164 erhaltenen Ableseimpulse nicht jeder Bildabtastung zugeführt, sondern die letztere

ίο unterteilt die Bildfrequenz und führt Ableseimpulse beispielsweise während abwechselnder Bildabtastungen oder sogar noch weniger häufig zu. Wenn daher eine große Schrittgröße für die Motoren 30', 32' und/oder den Schrittschaltmotor 75 verwendet wird, können drei oder vier Bildabtastperioden der Kamera 100 erforderlich sein, bevor die richtige Einstellung erfolgt ist. In diesem Fall liefert der Steuerstromkreis 164 Ablesesignale beispielsweise nur von jeder vierten Bildabtastung der Kamera.

Modifikation zur Verringerung des Leerlauffehlers

Es wurde gefunden, daß die folgende Modifikation den Fehler verringert, der infolge des Leerlaufs im Untersetzungsgetriebe des Schrittschaltmotors eingeführt wird, sowie durch den unvermeidlichen Leerlauf zwischen den Antriebsteilen, welche die Brennpunkteinstellungseinrichtung bilden.

Die Verbesserung umfaßt den Zusatz eines weiteren (nicht dargestellten) Steuerstromkreises, welcher die dem Schrittschaltmotor 75 zugeführten Steuerimpulse in der folgenden Weise modifiziert. Eine Drehrichtung der Brennpi-nkteinstelleinrichtung wird als eine bevorzugte Drehrichtung ausgewählt und die Brennpunktablesesignal, Richtung bezeichnet. Es spielt keine Rolle, welche Drehrichtung als die bevorzugte Richtung ausgewählt wird, aber zum Zwecke der Beschreibung unter Bezugnahme auf F i g. 4 der Zeichnungen wird die Vorwärtsrichtung des Motors 75 als die bevorzugte Richtung ausgewählt.

Der zusätzliche Steuerstromkreis bewirkt, daß sich der Motor seiner Ruhestellung stets aus der gleichen Richtung nähert, ohne Rücksicht auf die Veränderung der Winkelstellung des Motors als Ergebnis des demselben zugeführten Schrittsignals. Zu diesem Zweck überträgt der zusätzliche Steuerstromkreis auf den Motor 75 Vorwärtsschrittimpulse in einem unmodifizierten Zustand, modifiziert aber die Schrittimpulse, welche eine Bewegung des Motors in der umgekehrten Richtung ergeben, auf die folgende Weise. Statt den die umgekehrte Richtung bewirkenden Schrittimpuls zu übertragen, wird derselbe in einen Schrittimpuls umgewandelt, dessen Größe eine Bewegung des Schrittschaltmotors in der umgekehrten Richtung erzeugt, welche das Vierfache des ursprünglichen Schrittimpulses beträgt, d. h., wenn der ursprüngliche umgekehrte Schrittimpuls im Idealfall eine umgekehrte Winkelbewegung von χ Grad erzeugt haben würde erzeugt der vergrößerte Schrittimpuls eine Winkelbe wegung in der umgekehrten Richtung von vier χ Grad.

Unmittelbar nachher wird der zusätzliche Steuer Stromkreis veranlaßt, einen Schrittimpuls für di< Vorwärtsrichtung von ausreichender Größe zu erzeu gen. um eine Winkelbewegung des Motors in de Vorwärtsrichtung von drei Af Grad zu bewirken. An Ende dieses zweiten vergrößerten Schrittimpulses win daher der Motor eine Bewegung von χ Grad in de umgekehrten Richtung ausgeführt haben. Die Verbesserung ermöglicht, daß der ganze Leerlai

L·

im Motor, im Getriebe und in der Brennpunkteinstelleinrichtung während des ersten Teils jedes der vergrößerten Schrittimpulse aufgefangen w^; ' so daß die Bewegung des Motors entsprechend eine demselben zugeführten Schrittimpuls ohne Rücksicht auf die Drehrichtung die gleiche ist.

F i g. 6 veranschaulicht einen Stromkreis für den Steuerstromkreis 186 der Fig.5. Das Überlaufsignal des Zählwerks 182 löst eine monostabile Einrichtung 228 aus, um einen um einen Impuls EON zu erzeugen. Der Impuls wird über den Kondensator 230 auf den Eingang eines Umkehrverstärkers 232 übertragen, welcher durch Widerstände 234, 2J6 auf einem gegebenen positiven Potential gehalten wild. Durch entsprechende Wahl des Potentials wird ein positiv verlaufender Rückstellimpuls für das Zählwerk 182 im Ausgang des Verstärkers 232 an der hinteren Kante eines Impulses von der monostabilen Einrichtung 228 erhalten.

F i g. 7 veranschaulicht einen Stromkreis für den Steuerstromkreis 192 der Fig.5. Das Überlaufsignal des Zählwerks 190 löst eine monostabil Einrichtung 228' aus, um einen Impuls EOL zu erzeugen. Da der Stromkreis jenem der F i g. 6 ähnlich ist, sind die gleichen Bezugsziffern verwendet worden, denen ein Strich hinzugefügt wurde. Der Ausgangsimpuls des Verstärkers 232' dient zum Zurückstellen des Zählwerks 190.

F i g. 8 veranschaulicht einen Stromkreis für den Steuerstromkreis 200 der F i g. 5. Wenn dieser durch ein Signal EON oder EOL bzw. ein Auslösesignal vorgespannt wird, erzeugt derselbe ein Brennpunktablesesignal, wie vorstehend beschrieben wurde. Zu diesem Zweck bilden die Leitungen für das Signal EON, das Signal EOL und das Auslösesignal drei Eingänge für ein Oder-Tor 238, um ein Einstellsignal für eine bistabile Einrichtung 240 zuzuführen. Das Ausgangssignal wird einem Eingang eines Und-Tores 242 zugeführt. Das Ausgangssignal des Und-Tores bildet ein Einstellsignal für eine zweite bistabile Einrichtung 244. Ein Signal INF des (nachstehend beschriebenen) Steuerstromkreises 142 bildet das Rückstellsignal für die beiden bistabilen Einrichtungen.

Das Ausgangssignal der bistabilen Einrichtung 244 wird dem einen Eingang eines Und-Tores 246 zugeführt. Die Ablesesignalimpulse des (vorstehend beschriebenen) Steuerstromkreises 164 werden dem zweiten Eingang zugeführt, und das Ausgangssignal des Und-Tores 246 bildet das Brennpunktablesesignal.

Der zweite Eingang für das Und-Tor 242 wird ebenfalls von den Ablesesignalimpulsen abgeleitet. Zu diesem Zweck werden dieselben als ein Eingang einem Transistorverstärker 248 zugeführt. Ein Kondensator 252 verhindert, daß sich die Ausgangsspannung parallel zum Lastwiderstand 250 genügend verändert, um den Schmitt-Trigger 254 auszulösen, außer am Ende einer Bildabtastung während des Bildrücklaufintervalls.

Wenn der Schmitt-Trigger 254 ausgelöst ist, erzeugt die Ausgangsspannung über einen Umkehrverstärker 256 einen Ausgangsimpuls, welcher mit einem Ausgangssignal der bistabilen Einrichtung 240 kombiniert wird, um beide Eingänge des Und-Tores 242 zufriedenzustellen, wodurch die bistabile Einrichtung 244 in der vorstehend beschriebenen Weise eingestellt wird.

Fig.9 veranschaulicht einen Stromkreis für den Steuerstromkreis 142 der Fig.5. Dieser erzeugt die Befehlssignale für den Störrichtungswähler 144 sowie die Signale OOF und WF während und nach einer Scharfeinstellungsfolge. Zu diesem Zweck wird das Differenzausgangssignal (FF^l-FFI) ( = B) der Vergleichseinrichtung 140 in einer Vergleichseinrichtung 258 mit einem Grenzwertsignal (= A) verglichen. Das Ausgangssignal A > B der Vergleichseinrichtung dient als ein Einstellsignal für eine bistabile Einrichtung 260, deren Ausgangssignal das Signal OOF bildet. Das Ausgangssignal der gleichen Vergleichseinrichtung wird einem Eingang eines Und-Tores 262 zugeführt, dessen

ίο anderem Eingang das Vorzeichenausgangssignal der Vergleichseinrichtung 140 zugeführt wird. Das Tor 262 ist daher während der ganzen Zeit gesperrt, in der das Vorzeichensignal positiv ist Ein Ausgangssignal des Tores 262 stellt eine bistabile Einrichtung 264 ein, deren Ausgangssignal Q ein Umkehrrichtungssignal für den Wähler 144 bildet. Zu diesem Zweck ist das Ausgangssignal Q der bistabilen Einrichtung 164 mit deren anderem Eingang verbunden.
Ein Rückstellsignal für die bistabile Einrichtung 260

ao wird von dem Ausgang einer weiteren bistabilen Einrichtung 266 erhalten. Die letztere wird durch ein anderes Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 258 eingestellt (z. B. A > B) Der eingestellte Zustand der bistabilen Einrichtung 266 entspricht daher dem Ausgangssignal INF. Dieses muß beendet sein, sobald das nächste Brennpunktablesesignal erscheint (vorausgesetzt, daß das System sich bereits im Brennpunkt befindet und das Signal INF bereits erzeugt ist). Dies wird erzielt, indem das Brennpunktablesesignal und das Signal /Wals zwei Eingänge einem Und-Tor zugeführt werden, dessen Ausgangssignal eine monostabile Einrichtung 270 auslöst. Der Ausgangsimpuls der monostabilen Einrichtung wird auf den Rückstelleingang der bistabilen Einrichtung 266 zur Einwirkung gebracht.

Eine weitere monostabile Einrichtung 272 wird durch das Ausgangssignal A < B der Vergleichseinrichtung ausgelöst, um Schrittimpulse für den Störgenerator 136 ( F i g. 5) zu erzeugen.

Fig. 10 veranschaulicht einen Stromkreis für den Steuerstromkreis 218 der Fig.5. Dieser Stromkreis enthält eine bistabile Einrichtung 274, der das Signal /NFaIs Einstellsignal zugeführt wird. Das Ausgangssignal der bistabilen Einrichtung bildet ein Öffnungssignal für das Tor 172. Die Signale EONund EOL werden über ein Oder-Tor 276 dem Rückstelleingang der bistabilen Einrichtung zugeführt, so daß das Tor 172 durch das Signal INF geöffnet, aber durch das Signal EOL oder EON geschlossen wird.

F i g. 11 veranschaulicht einen Stromkreis für den Steuerstromkreis 176 der Fig.5. Dieser Stromkreis muß einen einzigen Schrittimpuls am Ende jeder Folge von Signalimpulsen erzeugen, welche das Analysensignal vom Tor 172 bilden. Zu diesem Zweck werden die Analysensignalimpulse durch einen Transistorverstärker 278 verstärkt, welcher einen Lastwiderstand 280 unc einen Ladekondensator 282 aufweist, deren Zeitkon stante jener des ÄC-Stromkreises 250, 252 der F i g. t ähnlich ist. Auf diese Weise wird der Schmitt-Triggei 284 nur am Ende einer Folge von Analysenimpulsei ausgelöst und die monostabile Einrichtung 286 erzeug den erforderlichen Schrittimpuls, wenn der Schmitt Trigger 284 ausgelöst ist.

Fig. 12 veranschaulicht einen Stromkreis für dei Steuerstromkreis 1% der Fig.5. welcher eines de Eingangssignale für das Oder-Tor 198 erzeugt. De Stromkreis enthält eine bistabile Einrichtung 28t welche durch Impulse von einer monostabilen Einrich

ung 290 eingestellt und durch Impulse von einer nonostabilen Einrichtung 292 zurückgeeilt wird. Die \usgangssignale der bistabilen Einrichtung bilden die Eingangssignale für das Oder-Tor 198. Die monostabile Einrichtung 290 wird durch das Auslösesignal, das Signal 5 EOL oder das Signal EON ausgelöst, welche derselben daher über das Oder-Tor 294 zugeführt werden. Die zweite mttnostabile Einrichtung 292 wird durch das Erscheinen jedes Signals /NFausgelöst.

Fig. 13 veranschaulicht einen Stromkreis für den Steuerstromkreir. 21ü der F i g. 5. Dieser führt dem Tor 211 (Fig.5) ein Steuersignal zu, um dem Signal der Vergleichseinrichtung 140 zu ermöglichen, zu dem (vorstehend beschriebenen) Steuerstromkreis 142 über das Tor 211 hindurchzugehen, außer wenn das Signal WF vorhanden ist Zu diesem Zweck werden die Brennpunktablesesignalimpulse des Steuerstromkreises 200 (Fig. 8) durch einen Transistorverstärker 2% verstärkt, welcher einen Lastwiderstand 298 und einen Ladekondensator 300 aufweist, deren Zeitkonstante jener des RC-Stromkreises 250, 252 der F i g. 8 ähnlich ist, so daß der Schmitt-Trigger 302 durch die Spannung parallel zum Kondensator 300 nur am Ende einer Folge von Brennpunktablesesignalimpulsen ausgelöst wird. Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers wird durch einen Umkehrverstärker 304 umgekehrt oder liefert einen Eingang für das Und-Tor 306. Der andere Eingang wird von einem zweiten Umkehrverstärker 308 erhalten, dem das Signal /NF als Eingangssignal zugeführt wird Das Ausgangssignal des Und-Tores 306 bildet die erforderlichen Steuerimpulse für das Tor 211.

Schließlich veranschaulicht Fig. 14 einen Stromkreis, der für die Verwendung als Steuerstromkreis 224 geeignet ist. Das erste Ausgangssignal (Aufnehmen und Speichern) wird erhalten, indem das Signal /Λ/Fmit dem Ausgangssignal einer bistabilen Einrichtung 310 mittels eines Und-Tores 312 kombiniert wird. Die bistabile Einrichtung wird entweder durch das Auslösesignal oder das Signal EOL über das Oder-Tor 314 eingestellt und wird am Ende eines Signals /NF durch den ÄC-Stromkreis 316 und den Umkehrverstärker 318 zurückgestellt, dem das Signal //VFzugeführt ist.

Daraus ist ersichtlich, daß die Aufgabe des Oder-Tores 314 darin besteht zu bewirken, daß das Und-Tor 312 entweder durch ein Auslösesignal oder ein Signal EOL vorgespannt wird, so daß das nächste Signal /NF in dessen Ausgang das Aufnahme- und Speichersignal erzeugt.

Die Signale EOL werden auch als Einstellsignale einer zweiten bistabilen Einrichtung 320 zugeführt, deren Ausgangssignal ein Auslösesignal für eine monostabile Einrichtung 322 bildet. Die Ausgangsimpulse der monostabilen Einrichtung bilden die Adressier- und Ablesesignale für den Speicher 222 (Fig. 5). Durch Verwendung eines Stromkreises 316' und eines Umkehrverstärkers 318', welche dem vorstehend beschriebenen Stromkreis 316 und dem Verstärker 318 ähnlich sind, wird ein Rückstellsignal für die bistabile Einrichtung 320 von der hinteren Kante jedes Ausgangsimpulses der monostabilen Einrichtung erhalten.

In einigen der F i g. 6 bis 14 wird auf eine sogenannte bistabile Einrichtung Bezug genommen. Eine solche Einrichtung ist die RS latch type SM 74 279, die von der Firma Texas Instruments Inc. hergestellt wird. Wenn der Rückstellausgang einer solchen Einrichtung nicht mit einem Teil des Stromkreises verbunden dargestellt ist, ist derselbe im allgemeinen mit Erde, d. h. mit 0 Volt, zu verbinden.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Analysieren einer Probe, welches die Schritte der Formung eines Bildes eines jeden einer Vielzahl von kleinen Bereichen der Probe umfaßt, sowie die Abtastung eines jeden einer Aufeinanderfolge von Bildern, um ein Videosignal zu erzeugen, dessen Amplitudenschwankungen analysiert werden, um die Analyse auszuführen, und die Ableitung eines Signals, welches den Brennpunkt des Bildes anzeigt, um die Tätigkeit eines automatischen Scharfeinstellungssystems zv-ecks Scharfeinstellung des Bildes zu regeln, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: daß das automatische Scharfeinstellungssystem nur vor der Analyse des ersten kleinen Bereichs und nach jedem n-ten kleinen Bereich freigegeben wird (wobei η größer als 1 ist) und daß die für den ersten kleinen Bereich und für jeden n-ten kleinen Bereich erzielten Brennpunkteinstellungen aufrechterhalten werden, während die dazwischenliegenden kleinen Bereiche analysiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt der Bewegung der Probe relativ zu dem optischen System, welcher das Bild in einer Reihe von Schritten längs paralleler Linien formt, um die Aufeinanderfolge von kleinen Bereichen zu erhalten.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt der Freigabe des automatischen Scharfeinstellungssystems vor der Analyse des ersten kleinen Bereichs am Beginn jeder neuen Zeile, so daß ein automatischer Scharfeinstellungsschritt am Beginn jeder neuen Zeile ausgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die zusätzlichen Schritte der Speicherung der Information, welche sich auf die Brennpunkteinstellung für den ersten kleinen Bereich jeder Zeile für die Dauer der Zeile bezieht, sowie der Rückführung des Scharfeinstellungssystems auf diese Einstellung, bevor das automatische Scharfeinstellungssystem am Beginn der nächsten Zeile freigegeben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch den Schritt der Auswahl des gewünschten Wertes von n.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Schritte, daß jedesmal ein elektrischer Impuls erzeugt wird, wenn ein kleiner Bereich analysiert wird, daß aufeinanderfolgende elektrische Impulse mittels eines Impulszählwerks gezählt werden, da? eine Kapazität η aufweist, und daß ein elektrisches Befehlssignal erzeugt wird, um die weitere Analyse von kleinen Bereichen zu unterbrechen und einen automatischen Scharfeinstellungsschritt einzuleiten, wenn das Zählwerk überläuft.

7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den Schritt der Einstellung der Kapazität des Impulszählwerks, um den Wert von η zu verändern.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch den Schritt der Erzeugung eines Leerbildsignals für die Freigabe des Videosignals nur während jeder /?-ten Bildabtastung eines Bildes eines kleinen Bereichs, um zu ermöglichen, daß die Einstellung der Probe erfolgt, bevor die Messung an dem Videosignal ausgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch den Schritt der Erzeugung einer elektrischen Strom erzeugenden Drehung eines elektrischen Antriebsmotors (75) entsprechend einem ungünstigen, den Brennpunkt anzeigenden Signal, um die Bewegung der Probe in einer Richtung zu bewirken, die den Brennpunkt des Bildes eines Bereichs derselben verbessert, der abgetastet wird, um das Videosignal zu erzeugen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Motors (75) bei einer einen Stromimpuls erzeugenden Drehung aus der letzten Stellung in der einen oder anderen Richtung siets k° beträgt, in Abhängigkeit von der Polarität des Impulses.

U. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch den Schritt, daß eine Drehrichtung des Motors als die bevorzugte Drehrichtung ausgewählt wird (und die entsprechende Polarität als die bevorzugte Polarität), daß jeder Impuls von entgegengesetzter Polarität modifiziert wird, um eine Motorbewegung von (p · k)° zu erzeugen (worin p> 1 ist), und daß ein Korrekturimpuls von bevorzugter Polarität und Größe (oder Dauer) erzeugt wird, um eine bevorzugte Drehung von ((p -I)-Ar)" zu erzeugen.

12. Vorrichtung zur Ausführung des Analysierverfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer Einrichtung zum Anordnen und Beleuchten einer Probe, einer optischen Scharfeinstellungseinrichtung zum Erzeugen eines Bildes eines Bereichs der Probe auf einer lichtempfindlichen Oberfläche, einer Einrichtung zum Bewegen der Probe in einer Reihe von Schritten, um eine Aufeinanderfolge verschiedener Bereiche derselben der optischen Scharfeinstellungseinrichtung darzubieten, eine Einrichtung zum Abtasten der lichtempfindlichen Oberfläche, um ein Videosignal jedes abgebildeten Bereichs in bekannter Weise zu erzeugen, einer auf das Videosignal ansprechenden Einrichtung zwecks Vornahme von Messungen an demselben, um die Analyse auszuführen, einer ebenfalls auf das Videosignal ansprechenden Stromkreiseinrichtung, um von den Amplitudenschwankungen desselben ein elektrisches Signal abzuleiten, welches den Brennpunkt des Bildes anzeigt, und einer automatischen Scharfeinstellungseinrichtung, welche auf ein den Brennpunkt anzeigendes Signal zur Einstellung der optischen Scharfeinstellungseinrichtung anspricht, um den Brennpunkt des Bildes zu verändern, gekennzeichnet durch ein Tor (152), das den Durchgang des Videosignals zu der Stromkreiseinrichtung (132) behindert, um von derselben das den Brennpunkt anzeigende Signal abzuleiten, durch einen ersten Steuerstromkreis (200), der ein Signal zum öffnen des Tores (152) erzeugt, durch einen zweiten Steuerstromkreis (142) zum Erzeugen eines Signals (INF), welches anzeigt, wenn das Bild korrekt eingestellt ist, wobei dieses Signal dazu dient, das Öffnungssignal des Stromkreises (200) zu beenden, durch ein Zählwerk (182) zum Zählen der Anzahl aufeinanderfolgender Bereiche der Probe, welche analysiert werden, nachdem ein Signal (INF) erzeugt ist, wobei das Zählwerk (182) von der Art ist, welche ein Überlaufsignal erzeugt, wenn η Schritte gezählt worden sind, und durch eine Stromkreiseinrichtung (186), die auf ein Überlaufsignal anspricht, um ein weiteres Signal zu erzeugen, welches das zuletzt erzeugte Signal (INF) löscht und eine neue

Scharfeinstellungsfolge der automatischen Scharfeinstellungseinrichtung (132, 138, 140, 142, 144, 136, 75) einleitet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Einstellen der Zählkapazität ndes Zählwerks (182).

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch ein zweites Zählwerk (190) zi;m Zählen der Anzahl aufeinanderfolgender Schritte der Bewegung der Probe in einer Richtung, wobei das Zählwerk (190) von der Art ist, welche ein Überlaufsignal erzeugt, wenn die Anzahl m der gezählten Schritte gleich der Anzahl der Schritte in der einen Richtung ist, die ausgeführt werden, bevor der Rücklauf der Probe in der entgegengesetzten Richtung erfolgt, und durch eine weitere Stromkreiseinrichtung (192), die auf ein Überlaufsignal des zweiten Zählwerks (190) anspricht, um ein Signal (EOL)zu erzeugen, welches das Ende einer Zeile von analysierten Bereichen und den Rücklauf der Probe anzeigt, wobei die Stromkreiseinrichtung (200) auf ein Signal (EOL) anspricht, um auch das Öffnungssignal für das Tor (152) zu beenden und eine weitere automatische Scharfeinstellungsfolge einzuleiten.