DE2814265C3 - Vorrichtung zum automatischen Nachführen der Einstellung eines Mikroskops - Google Patents
Vorrichtung zum automatischen Nachführen der Einstellung eines MikroskopsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Nachführen der Einstellung eines Mikroskops
auf eine bildseitige Beobachtungsebene mit zwei Signalgebern, von denen der eine vor und άύτ andere in
gleichem Abstand hinter der einzuhaltenden Beobachtungsebjne
angeordnet ist und jeder eine Gruppe von Fotodetektoren umfaßt, die jeder jeweils einem
bestimmten Bildpunkt in der Beobachtungsebene zugeordnet sind, und mit einer Vergleichseinrichtung,
die aus einer etwaigen Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden Signalgeber einen Steuerbefehl
für einen Stellmotor zum Ändern der Mikroskopeinstellung gewinnt.
Eine Vorrichtung dieser Art ist in der DE-OS 24 55 407 beschrieben. Bei dieser bekannten Vorrichtung
ist in der einen und in der anderen von zwei beiderseits einer einzuhaltenden Scharfeinstellebene
liegenden Ebenen jeweils eine Mehrzahl von zusammengeschalteten Fotodetektoren angeordnet, und ausgehend
von den Ausgangssignalen dieser beiden Fotodetektorgruppen wird dann in einer angeschlossenen
Vergleichsschaltung entsprechend einem etwaigen
Unterschied zwischen den zugrundeliegenden Bildkontrasten ein Steuerbefehl für einen Stellmotor zur
Schärfeeinstellung gewonnen.
Dabei sind die den beiden Fotodetektorgruppen angehörigen Detektoren jeweils paarweise benachbarten
Punkten in der Beobachtungsebene zugeordnet, und diese Detektorpaare werden jeweils zyklisch nacheinander
abgetastet. Diese Arbeitsweise läuft also auf einen primären Bildpunktvergleich mit anschließender Summensignalbildung
hinaus, wodurch die insgesamt erzielbare Arbeitsgeschwindigkeit der Vorrichtung und damit
letztlich die mit ihrer Hilfe erzielbare Scharfeinstellgenauigkeit begrenzt bleibt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden,
daß sie die Erzielung einer höheren Arbeitsgeschwindigkeit gestattet und auf diese Weise eine
optimale Beibehaltung der Scharfeinstellung eines damit ausgerüsteten Mikroskops ermöglicht.
Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in jedem der beiden Signalgeber
jedem der Fotodetektoren je ein Speicherplatz in einem Zwischenspeicher für eine aufeinanderfolgende Auslesung
der von den einzelnen Fotodetektoren abgegebe-
nen Ausgangssignale zugeordnet ist, daß jedem der
beiden Signalgeber eine gesonderte Verarbeitungsschaltung nachgeordnet ist, die eine Umformerstufe
zum Bilden eines analogen Hüllsignals aus den aus dem zugehörigen Zwischenspeicher abgerufenen Ausgangs-Signalen
der Fotodetektoren des entsprechenden Signalgebers, einen Analog/Digital-Wandler zum Erzeugen
einer Folge von Digitalsignalen aus dem analogen Hüllsignal, eine Meßstufe zum Messen des
Absolutweri.es für das Inkrement zwischen zwei aufeinanderfolgenden Digitalsignalen aus dem Analog/
Digital-Wandler und ein Summationsglied zum Aufsummieren der einzelnen inkremente aufweist, und daß die
Vergleichseinrichtung mit je einem Eingang an den Ausgang eines der beiden Summationsglieder angeschlossen
ist und von diesem jeweils ein dem Bildkontrast für das von dem jeweiligen Signalgeber
erfaßte Gesamtbild proportionales Summensignal zugeführt erhält.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung weist also eine Arbeitsweise auf, bei der schon primär eine
Summensignalbildung für größere Bildbereiche erfolgt und erst anschließend die so erhaltenen beiden
Summensignale miteinander verglichen werden. Diese Arbeitsweise führt im Endergebnis zu einer Beschleunigung
der Auswertung der Meßsignale und damit zu einem feineren Ansprechen der Nachführeinrichtungen
für die Scharfeinstellung des Mikroskops. Von besonderem Vorteil erweist sich die Erfindung für eine
Anwendung bei Mikroskopen für die Durchführung medizinischer Analysen und insbesondere die Zählung
von Blutzellen. Bie diesem Mikroskopeinsatz ist nämlich die Dicke der die zu analysierenden Präparate
tragenden dünnen Plättchen im allgemeinen nicht konstant, und es bedarf dann einer Nacheinstellung des
Mikroskopobjektivs während des Überstreichens der Plättchenoberfläche, um eine stets optimale Bildschärfe
zu erzielen. Diese Nachführung der Mikroskopeinstellung muß insbesondere bei automatischer Durchführung
der Analyse selbst ebenfalls automatisch erfolgen, wobei zur Beschleunigung des gesamten Analyseablaufs
auch eine rasche Nacheinstellung des Mikroskops erforderlich ist
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 schematisch die Abhängigkeit der Neigung eines Übergangs zwischen Hintergrund und Bild, wenn
die Einstellung eines Mikroskops verändert wird,
F i g. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Art der Messung der Übergangsneigung durch Messung von
Inkrementen zwischen verschiedenen Werten eines Signals,
F i g. 3 das Prinzip für die Bildung der beiden Bilder gemäß der Erfindung,
Fig.4 schematisch die jeweilige Anordnung der
Bildebenen des Mikroskops, die die Bildung der beiden Bilder zur Steuerung der Einstellung liefern, sowie die
einer Beobachtungsebene in einer Mittelebene,
Fig.5 ein Blockschaltbild für eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,
Fig.6 ausführlich die Schaltungen, die zur Berechnung
der Summensignale 2i und 2 2 dienen, die die
Bildkontraste darstellen,
F i g. 7 schematisch eine Linie oder Zeile von Fotcdetektoren, die einer CCD-Ehrichtung
(CCD=Charge Coupled Device = ladungsgekoppelte Einrichtung) zugeordnet ist,
Fig.8 schematisch eine Fotodetektor-Matrix, die einer Gruppe von CCD-Einrichtungen zugeordnet ist,
Fig.9 schematisch eine Einrichtung zur Steuerung
eines Stellmotors zur Korrektur der Einstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, das ein Signal
proportional der Abweichung zwischen den Summensignalen 21 und 2 2 verwendet,
F i g. 10 schematisch eine Schaltung, die die Steuerung
des Stellmotors zur Korrektur mit Impulsen einer Amplitude ermöglicht, die unabhängig von der Abweichung
zwischen den Summen 21 und 2 2 ist
F i g. 1 zeigt schematisch eine dunkle Zelle 2, die sich vom hellen Hintergrund 4 einer tragenden dünnen
Platte abhebt Dieses Bild ist das, das durch ein Mikroskop wiedergegeben ist dessen Einstellung zum
Anfang beispielsweise von Hand eingestellt worden ist. Derartige Bilder treten auf, wenn Blutzellen beobachtet
werden. Selbstverständlich erscheint abhängig vom Wert der Vergrößerung eine mehr oder weniger große
Anzahl von Zellen im Beobachtungsfeld.
Wenn die Lichtstärke der verschiedenen Punkte dieses Bildes längs einer willkürlichen oder beliebigen
Linie oder Zeile 6 gemessen wird, wird ein Signal erhalten, dessen Aussehen in zwei Fällen durch die
Kurven 7 und 9 im unteren Teil der F i g. 1 wiedergegeben ist. Ein derartiges Signal enthält einen
flachen Teil, der dam beleuchteten oder hellen Hintergrund entspricht und eine Vertiefung, die der
dunklen Zelle 2 entspricht. Die Übergangszone zwischen der Ebene und der Vertiefung weist eine mehr
oder weniger steile Neigung auf, abhängig davon, ob das Bild mehr oder weniger klar oder deutlich ist Wenn die
Einstellung genau ist, ist dieser Übergang abrupt oder plötzlich, wie das in der Kurve 7 wiedergegeben ist
Andernfalls ist die Neigung weniger steil, wie das durch die Kurve 9 wiedergegeben ist
Um die Neigung des Übergangs zwischen der hellen Zone und der dunklen Zone zu messen, wird so
vorgegangen, wie das schematisch in dem Diagramm von F i g. 2 dargestellt ist. Dieses Diagramm zeigt zwei
Kurven 10 und 12 für die Änderung der Lichtstärke Y längs einer Linie oder Geraden für zwei Bilder
unterschiedlicher Einstellung. Wenn die Lichtstärke durch ein Analysiersystem längs dieser Linie gemessen
wird, geben die dargestellten Kurven auch Änderungen der beiden elektrischen Signale wieder, die von dem
Analysiersystem für die beiden Bilder abgegeben worden sind, wobei längs der Abszisse die Zeit
aufgetragen ist.
Zur Messung der Neigung jeder der Kurven rund um einen Punkt, wird der Elementaranstieg dy der einem
Elementaranstieg df der Untersuchungszeit entsprechenden Lichtstärke gemessen. Die Neigung dy/dt ist
nun bekannt, wenn di bestimmt ist. Zur Berechnung der Global- oder Gesamtänderungen der Lichtstärke längs
des Übergangs wird anschließend die Summe der Werte dy/dt der an allen Meßpunkten erhaltenen Neigungen
erzeugt. Es wird ein erstes Summensignal ( Σ -τ- )
für das erste Bild und ein zweites Summensi gnal I 2-i ~~r~ j für das zweite Bild bei davon
verschiedener Einstellung erhalten.
Da die Zeitabstände di in der Praxis alle gleich sind,
genügt es, die Summe der Elementarabweichungen dy zu messen, um einen zur Übergangsneigung proportio-
nalen Wert zu erhalten.
Da nun eine Messung der Änderungen der Lichtstärke über eine vollständige Linie oder Zeile des Bildes
erreicht werden soll und nicht lediglich längs eines Hell-Dunkel-Übergangs, genügt es, den Absolutwert
I dy I der Elementarabweichungen zu messen, damit alle
diese Abweichungen hinzugefügt werden können, unabhängig von der Richtung des Übergangs. Es
werden daher in der Praxis Ausdrücke der Form (ΣΙ4Η)ι u"d (Σ IΦΊ )2 gemessen, wobei diese
Ausdrücke im folgenden durch die Schreibweise 21 und
^2 abgekürzt wiedergegeben werden.
Der Vergleich der Neigungen für die beiden Bilder unterschiedlicher Einstellung wird daher auf einen
Vergleich der Werte der Summensignale 21 und Σ 2
zurückgeführt, die von den beiden Bildern erhalten werden. Die Differenz zwischen den beiden erhaltenen
Summen ergibt die Amplitude und die Richtung der für die Einstellung des Mikroskops durchzuführenden
Korrektur, wie das anhand von F i g. 3 und 4 im folgenden erläutert wird.
In F i g. 3 ist schematisch der Mikroskoptubus 13 eines Mikroskops mit dessen Objektiv 14 und mit zwei
Gegenständen a und b dargestellt. In einer Beobachtungsebene 15 werden Bilder a'und /j'der Gegenstände
a und b abgebildet In einer von der Beobachtungsebene 15 liegenden Bildebene 16 werden zwei weitere Bilder
a"und 6"der gleichen Gegenstände beobachtet und in einer weiteren Bildebene 17, die hinter der Beobachtungsbildebene
15 liegt werden zwei andere Bilder a'" und b'" beobachtet Bei einem Übergang von der
Beobachtungsebene 15 zur Bildebene 16 oder zur Bildebene 17 ändern sich die geometrischen Eigenschaften
der erhaltenen Bilder im gegensätzlichen Sinn. Das ist insbesondere für die Übergangsneigung zwischen
den hellen und dunklen Zonen der Fall. Wenn eine Gleichheit der Neigungen für die Bildebenen 16 und 17
beobachtet wird, bedeutet dies, daß diese Neigung ein Extrem in der Beobachtungsebene 15 zeigt. Wenn
andererseits die Neigung für die Bilder in der Bildebene 17 viel steiler ist als diejenige für die Ebene 16, bedeutet
dies, daß die Bildebene 17 näher an der Beobachtungsebene 15 liegt als die Bildebene 16. Der Vergleich
zwischen den Übergangsneigungen an den beiden Bildebenen 16 und 17 ermöglicht daher die Bestimmung
des Orts der Beobachtungsebene 15 und damit folglich die Durchführung einer Korrektur der Einstellung.
In der Praxis sind drei Mikroskopausgänge bzw. Ausgangssignale erforderlich, nämlich So, Su und S2. wie
das schematisch in Fig.4 dargestellt ist, wobei der
Ausgang 5ό zur Beobachtung des mit einer richtigen
Einstellung erhaltenen Bildes dient und die Ausgänge S\ und Si zur Messung der Änderungen der Lichtstärke der
in den beiden Bildebenen 16 und 17 erhaltenen Bilder dienen und damit zur Bildung eines Korrektursignals.
In F i g. 5 weist ein Mikroskop 20, dessen Einstellung automatisch korrigiert werden solL zwei Meßausgänge
auf, die zwei Signalgebern in Formen von Rastern Rj
und R2 für eine Bildanalyse zugeordnet sind, die mit zwei
Verarbeitungsschaltungen Q und C2 verbunden sind, die
an ihren Ausgängen die Summensignale 2i und 22
abgeben.
Die Summensignale 2i ur>d Σ2 werden in einer
Vergleichseinrichtung 22 verglichen, die mit einer Schaltung 23 zum Erzeugen eines Korrektursignals als
Funktion der Abweichung zwischen den Summensignalen 2i u"d Σ 2 verbunden ist, wobei dieses Fehlersignal
einer Einrichtung 24 zur Korrektur der Einstellung des Mikroskops 20 zugeführt wird. Die optimale Einstellung
oder Regelung der Einstellung bzw. des Einstellpunktes ist erreicht, wenn die von den beiden Schaltungen Q und
C2 abgegebenen Signale gleich sind.
J edes Raster /?i und R2 gibt ein Signal 26 ab, das durch eine Folge von Impulsen gebildet ist, die der Folge der an verschiedenen Punkten einer Linie oder Zeile des Bildes erfaßten Lichtstärken entspricht.
Jede der Schaltungen Q und C2 enthält eine Umformerstufe 28, die das vom zugeordneten Raster R] bzw. R2 abgegebene Signal 26 in ein Hüllsignal 30 umformt, einen Analog/Digital-Wandler 32, der dieses Hüllsignal 30 gewichtet und eine Folge numerisch oder digital codierter Proben oder Signale abgibt, eine Meßstufe 34, die den Absolutwert | Uy | der Inkremente zwischen zwei aufeinanderfolgenden Proben mißt und ein Summationsgüed 36, das die Summe 2 I dy | der Absolutwerte der Inkremente bildet
J edes Raster /?i und R2 gibt ein Signal 26 ab, das durch eine Folge von Impulsen gebildet ist, die der Folge der an verschiedenen Punkten einer Linie oder Zeile des Bildes erfaßten Lichtstärken entspricht.
Jede der Schaltungen Q und C2 enthält eine Umformerstufe 28, die das vom zugeordneten Raster R] bzw. R2 abgegebene Signal 26 in ein Hüllsignal 30 umformt, einen Analog/Digital-Wandler 32, der dieses Hüllsignal 30 gewichtet und eine Folge numerisch oder digital codierter Proben oder Signale abgibt, eine Meßstufe 34, die den Absolutwert | Uy | der Inkremente zwischen zwei aufeinanderfolgenden Proben mißt und ein Summationsgüed 36, das die Summe 2 I dy | der Absolutwerte der Inkremente bildet
Nach vollständiger Analyse einer Zeile des Bildes sind die erhaltenen Summensignale 21 und 22 repräsentativ
für die Änderungen der Lichtstärke der beiden Bilder.
F i g. 6 zeigt ausführlicher den Aufbau der Schaltungen C\ und C2. Zum leichteren Vergleich mit der
Darstellung in Fig.5 sind die bereits in Fig.5 dargestellten Blöcke in Fig.6 mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
Die beiden Raster R, und R2, deren Aufbau weiter
unten näher erläutert wird, werden von einem Taktgeber H\ gesteuert, der den Austritt der Impulse
taktet, die das Signal 26 bilden. Jedes der Raster R\ und R2 enthält einen Zusatzausgang 25, der ein Signal für das
Abtastende der Zeile abgibt Da die beiden Verarbeitungsschaltungen G und Ci identisch sind, wird im
folgenden lediglich eine davon näher beschrieben. Die das Hüllsignal 30 für das Signal 26 ergebende
Umformerstufe 28 kann von jeder üblichen Art sein. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht
sie aus einem Integrator 60, der von einem Paar monostabiler Kippglieder 62 gesteuert wird, von denen
eines zeitdauergesteuert ist, einem Videoverstärker 64 und einer Gewichtungsschaltung 66, die durch ein Paar
monostabiler Kippglieder 67 gesteuert wird, deren eines zeitdauergesteuert ist.
Die monostabilen Kippglieder 62 und die Gewichtungsschaltung 6 wird von einem Taktgeber H2
gesteuert Die Zeitkonstante des Integrators 60 ist auf einen Wert eingestellt, der größer ist als die Zeitdauer,
die auf Probenahmen, trennt, derart, daß die Anordnung
sich verhält wie eine Schaltung, die die Hülle oder Hüllkurve des Eingangssignals ergibt
Der Takt mit dem die Erfassungssignale aus den Rastern R\ und R2 ausgelesen werden, ist durch die
Frequenz des Taktgebers H> bestimmt; und der Takt der Probenahme durch die Frequenz des Taktgebers H2.
Diese beiden Frequenzen können in bezug aufeinander beliebig sein, jedoch können sie bei einem einfacheren
Ausführungsbeispiel gleich sein. In diesem Fall können die beiden Taktgeber H\ und H2 durch einen einzigen
Taktgeber ersetzt sein.
bo Das analoge Hüllsignal 30 wird in eine Folge digitaler
Proben umgesetzt durch den Analog/Digital-Wandler 32. Die Umsetzung wird mit Hilfe des Taktgebers H2
und der monostabilen Kippglieder 67 gesteuert Der Ausgang 70 des Analog/Digital-Umsetzers 32 gibt
digitale binärcodierte Proben oder Signale ab, und ein Hilfs- oder Zusatzausgang 72 gibt ein Signal für das
Umsetzende ab.
Zur Berechnung des Absolutwerts des Inkrements
Zur Berechnung des Absolutwerts des Inkrements
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Proben wird eine Meßstufe 34 verwendet, die ein Laufzeitregister 73,
dessen Eingang mit dem Ausgang 70 des Analog/Digital-Umsetzers
32 verbunden ist, einen Addierer 74 mit zwei Eingängen und einem Übertragausgang 75, zwei
Exklusiv-ODER-Glieder 76 und 78, einen Inverter 80 und ein speicherndes bistabiles Kippglied 82 aufweist.
Diese Meßstufe 34 berechnet zunächst den Absolutwert der Differenz A - B der beiden aufeinanderfolgenden
Proben A und B unter_Durchführung einer der Operationen A + B+\ oder Ä+ B+1, abhängig davon,
ob A größer als B ist oder nicht, wobei der Querstrich
bedeutet, daß das Komplement zu 1 für die gestrichene Zahl verwendet wird. Es ist nämlich bekannt, daß zur
Erzeugung der Differenz zwischen zwei binärcodierten Zahlen A und B die identischen Operationen durchgeführt
werden können, wobei die Wahl der einen oder der anderen dieser Operationen vom Vorhandensein
oder vom NichtVorhandensein _eines Übertrags im Ergebnis der Operation A + B+\ abhängt. Der
Addierer 74 empfängt an seinen beiden Eingängen die Zahlen X und Y, wobei X entweder A oder A~ und Y
entweder B oder B ist, abhängig vom Zustand der Verknüpfungsglieder 76 und 78 und führt die Operation
X+ Y+1 durch. Das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein
eines Übertrags im Ergebnis der Operation ergibt über den Übertragausgang 75 ein logisches Signal
»1« oder »0«, das den Zustand des speichernden Kippgliedes 82 steuert. Jedes der Exklusiv-ODER-Glieder
76 und 78 verhält sich daher wie eine programmierbare Invertierschaltung.
Wenn ein logisches Signal »1« am Ausgang des Kippgliedes 82 auftritt, dieses Signa! »1« an einem
der Eingänge des Verknüpfungsglieds 78 anliegt, sowie ein Signal »1« an einem der Eingänge des
Verknüpfungsglieds 76; das Verknüpfungsglied 78 gibt bei einem Bit »1« ein Bit »0« und bei einem Bit
»0« ein Bit »1«. Es erfolgt daher eine Invertierung, und die Zahl B wird in die Zahl B umgesetzt; das
Verknüpfungsglied 76 gibt bei einem Bit »0« ein Bit »0« und bei einem Bit »1« ein Bit »1«; es überträgt
daher die Zahl A ohne Veränderung. Wenn aber ein logisches Signal »0« am Ausgang
des Kippglieds 82 auftritt, wird dieses Signal an den Steuereingang des Verknüpfungsglieds 78 angelegt,
das nun das Signal B ohne Veränderung überträgt, während das Verknüpfungsglied 76, das von einem
Signal »^gesteuert ist die Zahl A invertiert und die Zahl A abgibt Daher werden Jim Eingang des
Addierers 74 die Signale A und B oder Ά und B erhalten, abhängig davon, ob ein Überlauf am
.Ausgang 75 vorhanden ist oder nicht Daraus folgt daß die Meßschaltung 34 die Differenz \A-B\
ergibt
Der Analog-Digital-Wandler 32 gibt an seinem Zusatzausgang 72 ein Umsetzende-Signal ab, das durch
Inverter 84 verzögert und invertiert und dann dem speichernden Kippglied 82 zugeführt wird, so daß die
Meßstufe 34, die die Berechnung der Inkremente durchführt, mit der Frequenz der Abgabe der digitalen
Proben getaktet werden kann.
Die Summe der Inkremente längs einer Analysenzeile oder -linie wird durch das Summationsglied 36 gebildet
das einen Digitaladdierer 90 aufweist dem ein speicherndes Register 92 zugeordnet ist das durch das
Umsetzende-Signal gesteuert wird, das über die Inverter 84 und eine Verzögerungsleitung 86 zugeführt
wird. Die Wirkungsweise einer derartigen Schaltungsanordnung ist bekannt. Der Addierer 90 empfängt
einerseits das Rechenergebnis, das von der Meßstufe 34 für zwei Proben erhalten worden ist, und andererseits
das Rechenergebnis für die vorhergehenden Proben, ein Ergebnis, das in dem Register 92 gespeichert worden ist.
Der mit dem Ausgang des speichernden Registers 92 verbundene Ausgang 94 gibt daher zu jedem Augenblick
die Summe £ I dy| Inkremente | ay\ wieder, die
in von der Meßschaltung 34 berechnet worden sind. Am
Ende der Abtastung einer Linie oder Zeile kann diese Summe in einem speichernden Register 38 gespeichert
werden, das durch das Abtastende-Signal gesteuert wird, das von dem Zusatzausgang 25 zugeführt ist.
Die speichernden Register dieser Schaltungsanordnung, nämlich das Register 73, das zur Berechnung der
Elementar-Inkremente dient, das Register 92, das zur Berechnung der Summe der Inkremente dient, und das
Register 38 werden periodisch mittels Nullrückstell-Impulsen
auf Null rückgestellt, die über einen Anschluß 120 zugeführt werden und zu geeigneten Augenblicken den
Registern zugeführt werden, nämlich entweder direkt, wie beim Register 73, oder mit einer bestimmten
Verzögerung, die durch Inverter 121 erreicht ist, im Fall des Registers 92 oder über ein monostabiles Kippglied
122 im Fall des Registers 38.
F i g. 7 und 8 zeigen schematisch den Aufbau eines zur Bildanalyse verwendbaren Rasters.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel (F i g. 7) weist dieses Raster R\ oder R2 eine Reihe von
Fotodetektoren 130 auf, die das eine der beiden vom Mikroskop vorgegebenen zu analysierenden Bilder
empfangen. Diese Fotodetektoren 130 sind vorteilhaft Fotodioden. Die von diesen abgegebenen Signale
y> werden in ein als Zwischenspeicher dienendes Schieberegister
132 übertragen, das so viele Speicherplätze aufweist wie es Fotodioden bzw. Fotodetektoren 130
gibt und das vorteilhaft ein ladungsgesteuertes Bauelement, kurz CCD, ist. Wenn TV zu analysierende Punkte in
einer Linie oder Zeile des Bildes vorgesehen sind, weist das Schieberegister 132 daher N Speicherplätze auf. die
Fotodioden zugeordnet sind.
Ein erster Taktgeber 134 ermöglicht die Steuerung der Übertragung der von den N Fotodioden abgegebenen
Signale in die N Speicherplätze des Schieberegisters 132. Ein zweiter Taktgeber 136 steuert die
Abführung der in das Schieberegister 132 eingeschriebenen Informationen eine nach der anderen, um das
Signal 26 zu bilden, bei der jede Spitze schließlich die so Amplitude des von einer der Fotodioden 130 abgegebenen
Signals wiedergibt Der zwei Spitzen des Signals 26 trennende Zeitabstand ist natürlich gleich der Taktperiode
des Taktgebers 136, und die gesamte Abtastdauer der Zeile oder Linie entspricht der Taktperiode des
Taktgebers 134. Selbstverständlich kann statt der Taktgeber 134 und 136 auch ein einziger Taktgeber
vorgesehen sein, der mit geeigneten Frequenzteilern versehen ist
Eine weitere Analysiereinrichtung, die vollständiger als die eben beschriebene ist kann ebenso verwendet
werden. Sie enthält gemäß der Darstellung in Fig.8
eine Matrix 138 aus N-P Fotodioden, die mit einer Anordnung aus N Schieberegistern mit jeweils P
Speicherplätzen verbunden ist wobei jedes Schieberegister einer Spalte der Matrix 138 der Fotodioden
zugeordnet ist Ein Taktgeber 142 ermöglicht die Übertragung der von den N-P Fotodioden abgegebenen
Signale in die N-PSpeicherpIätze der Schieberegi-
ster der Anordnung. Das Raster R\ oder /?2 enthält
weiter ein zusätzliches Schieberegister 144 mit N Speicherplätzen, wobei jeder Speicherplatz einer der
die Schieberegister der Anordnung bildenden CCD 140 zugeordnet ist. Mittels eines zweiten Taktgebers 146 ·-,
können nacheinander einzeln die Inhalte der CCD 140 in das Schieberegister 144 übertragen werden, das
bevorzugt ebenfalls als CCD ausgebildet ist.
Wenn die Inhalte der letzten Zellen oder Speicherplätze der verschiedenen CCD 140 in das Schieberegi- to
ster 144 übertragen worden sind, steuert ein dritter Taktgeber 148 die Übertragung dieser Inhalte zu den
außerhalb befindlichen Schaltungen. Auf diese Weise wird an einem Ausgang 150 das bereits erläuterte Signal
26 erhalten. Wenn auf diese Weise eine gesamte Linie t'i oder Zeile analysiert worden ist, gibt der Taktgeber 146
einen neuen Impuls ab, wodurch der Inhalt der CCD 140 um einen Schritt weiterverschoben wird und wodurch in
das Register 144 eine neue Folge von Signalen übertragen wird, die dann mittels des Taktgebers 148 zu
den Verarbeitungsschaltungen Q und C2 übertragen werden.
Die Frequenz des Taktgebers 142 entspricht daher der Frequenz der Bildabtastung, die des Taktgebers 146
der Frequenz der Zeilenabtastung und die des 2". Taktgebers 148 der Frequenz der Spitzen des Signals 26.
Mit Bezug auf die Darstellungen in F i g. 3 und 4 ist festzustellen, daß es vorzuziehen ist, den Rastern für die
gleiche Definition unterschiedliche Abmessungen zu geben, damit sie genau den gleichen Teil des jo
Gegenstandes analysieren. Wenn sie nämlich die gleiche Abmessung besitzen, wird das in der Bildebene 17
angeordnete Raster von einem viel größeren Bild beaufschlagt als das, das in der Bildebene 16 angeordnet
ist, und die von diesen Rastern abgegebenen Signale js
entsprechen nicht genau den gleichen Bildern. Selbstverständlich ist die Verwendung von CCD lediglich ein
Ausführungsbeispiel, und selbstverständlich können auch andere Schieberegister verwendet werden.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung empfängt die Korrektureinrichtung für die Einstellung ein Signal, das
eine Funktion der Abweichung zwischen den Summen Σ ι und Σ 2 ist Bei einem einfachen Ausführungsbeispiel
kann das Korrektursignal proportional der Differenz Σι — Σ* sein. Wenn die Korrektureinrichtung einen
Motor enthält, dreht sich dieser um einen Betrag, der proportional dieser Abweichung ist, wobei die Drehrichtung
durch die Polarität des Korrektursignals vorgegeben ist
Ein solches Ausführungsbeispiel ist durch die Schaltungsanordnung von F i g. 9 wiedergegeben.
Der Vergleich zwischen den Summensignalen Σ ι und
Σ 2 erfoigt mittels einer Vergleichsschaltung 4ö, die
durch einen Digital-Vergleicher 96 und ein speicherndes Kippglied 98 gebildet ist Dieser numerische oder
Digital-Vergleicher 96 gibt ein Signal ab, dessen Polarität von den relativen Größen der Summensignale
Σι und Σ 2 abhängt Am Ende jeder Zeilenabtastung
steuert das Abtastende-Signal, das über den Zusatzausgang 25 zugeführt wird, das speichernde Kippsignal 98,
das an seinem Ausgang 42 ein Signal abgibt, dessen Polarität oder allgemeiner dessen logischer Zustand die
Drehrichtung für einen Motor 112 vorgibt der der Korrektureinrichtung 24 der Einstellung des Mikroskops
20 zugeordnet ist
Die Amplitude dieser Korrektur wird durch eine Vergleicherschaltung 44 vorgegeben, die einen Subtrahierer
100, ein speicherndes Kippglied 102 und zwei Exklusiv-ODER-Glieder 104 und 106 aufweist, die vom
Kippglied 102 gesteuert werden, das seinerseits durch ein Signal gesteuert wird, das von der Verzögerungsleitung
86 (Fig.6) abgegeben und durch Inverter 103
verzögert wird. Der Ausgang 46 der Vergleicherschaltung 44 führt somit ein Signal proportional zur
Abweichung Σι~Σ2>
und dieses Signal bildet das Fehlersignal, das zur Steuerung der Drehzahl des Motors 112 verwendet wird.
In der Praxis ist es vorteilhaft, ein Schwelienwertsystem
zu verwenden mit einer SchwellenwerUinzeige 48, beispielsweise mittels Codierscheiben, die das Schwellenwertsignal
einem Vergleicher 50 zuführt, der gleichzeitig das Fehlersignal vom Ausgang 46 erhält.
Wenn das Fehlersignal größer als der von dem System mit Codierscheiben zugeführten Schwellenwert ist, wird
am Ausgang 52 des Vergleichers 50 ein Steuersignal für die Drehung des Motors 112 abgegeben über eine
Zählstufe 54 und eine Erlaubnisschaltung 56 für die Steuerung.
Die Erfindung ist nicht auf den Fall beschränkt, in dem das Steuersignal proportional der Abweichung zwischen
Σι und Σ 2 ist, sondern umfaßt selbstverständlich
auch den Fall, daß das Steuersignal eine Funktion dieser Abweichung ist, wobei diese Funktion nicht notwendigerweise
eine Proportionalitätsbeziehung sein muß. Beispielsweise kann eine Schaltung zur Bildung des
Korrektursignals verwendet werden, die Einrichtungen aufweist, um Signale konstanter Amplitude zu erzeugen,
unabhängig vom Wert der Differenz Σι^Σ?· wobei
diese Impulse über ein Verknüpfungsglied einem Motor zugeführt werden, sowie Einrichtungen zum Verriegeln
des Verknüpfungsglieds, und damit zum Unterbrechen der Drehung des Motors bei optimaler Einstellung.
Darüber hinaus kann die Schaltung eine Einrichtung zur Bestimmung der Drehrichtung des Motors aufweisen.
Das ist beispielsweise ein bistabiles Kippglied, dessen Zustand diese Drehrichtung bestimmt. Eine derartige
Schaltung ist in F i g. 10 dargestellt.
Die in Fig. 10 gezeigte Schaltung enthält eine Generatorschaltung 150 zum Erzeugen von Rechteck-Steuerimpulsen,
wobei diese Schaltung beispielsweise durch einen Schmitt-Trigger gebildet sein kann, zwei
reihengeschaltete monostabile Kippglieder M\ und M2,
deren erstes durch die von der Generatorschaltung 150 abgegebenen und in einem Inverter 151 invertierten
Impulse gesteuert wird, einen digitalen Vergleicher 152, der die digitalen Signale £i und Σ 2 empfängt und der
zwei Ausgänge b und c aufweist, die in den beiden möglichen Fällen der relativen Anordnung der beiden
Signale Σι unQl Σ 2 verwendet werden, die an den
Eingängen anliegen. Wenn A < B, dann liegt der Ausgang b auf einer logischen »1« und wenn A
> B, dann liegt der Ausgang c auf einer logischen »1«. Die dargestellte Schaltung weist außerdem zwei binäre
reihengeschaltete Kippglieder B\ und Bi auf, wobei der
Ausgang Q des Kippglieds B\ mit einer Leitung 153 verbunden ist die ein Signal, dessen Polarität oder
allgemeiner dessen logischer Zustand die Drehrichtung eines Motors 112 zur Korrektur der Einstellung
bestimmt, wobei ein am Ausgang Q des Kippglieds Bi
auftretendes Signal über eine Leitung 154 dem Eingang eines UND-Glieds 155 zugeführt wird, das darüber
hinaus mit dem Ausgang Q des monostabilen Kippglieds M\ verbunden ist wobei der Ausgang 156 des
UND-Glieds 155 vom monostabilen Kippglied Afi
abgegebene Steuerimpulse dem Motor 112 zugeführt, und wobei schließlich ein UND-Glied 158 an einem
Eingang mit dem Ausgang Q des bistabilen Kippglieds 02 und am anderen Eingang mit den Ausgängen b und c
des Vergleichers 152 über Verknüpfungsglieder verbunden ist, die in der Darstellung von Fig. 10 durch ihre
üblichen Symbole dargestellt sind.
Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist folgende: Der Motor 112 wird durch vom monostabilen Kippglied M\
stammende Impulse gesteuert, die eine Amplitude und eine Dauer haben, die unabhängig ist von der
Abweichung zwischen den beiden Summensignalen £i unH £2. Die Stillsetzung des Motors 112 erfolgt durch
Sperren des UND-Glieds 155. Das bistabile Kippglied B] dient zur Bestimmung der Drehrichtung des Motors
112.
Dabei sind zwei Fälle möglich:
1. Die Ungleichheit zwischen £■ und £2 ist derart,
daß der Vergleicher 152 an seinem Ausgang c ein logisches Signal »1« abgibt. Dieses Signal wird über
Verknüpfungsglieder dem Takt-Eingang H des bistabilen Kippglieds B\ zugeführt, das den Zustand ändert.
Diese Zustandsänderung ändert den Zustand am Ausgang Q und damit folglich das über die Leitung 153
übertragene Signal, das die Drehrichtung des Motors 112 festlegt, wodurch sich diese Drehrichtung umkehrt.
Der Motor 112 dreht sich um so lange, bis eine Summe größer wird als die andere, beispielsweise das
Summensignal £i größer wird als das Summensignal £2, was anzeigt, daß sich die Einstellung verbessert.
Wenn ein Summensignal £ 1 erhalten wird, das kleiner
ist als das Summensignal Σ 2. bedeutet dies, daß die optimale Einstellung überschritten wird. Diese Ungleichheit
erzeugt eine Zustandsänderung des bistabilen Kippglieds B\, wodurch die Drehrichtung des Motors
112 geändert und eine bessere Einstellung erreicht wird. Jedoch erzeugt diese Zustandsänderung des bistabilen
Kippglieds B\ eine Zustandsänderung des bistabilen Kippglieds Bi und damit eine Zustandsänderung an
dessen Ausgang Q, der vom Logikpegel »1« zum Logikpegel »0« übergeht. Der Übergang des Ausgangs
Q des bistabilen Kippglieds Bi auf den logischen Zustand »0« verriegelt das UND-Glied 155, und der
Motor 112 empfängt keine Steuerimpulse mehr. Er hört auf, sich zu drehen, und die Einstellung kann als gut
betrachtet werden.
2. Die Ungleichheit zwischen £i und £ 2 ist derart,
daß der Vergleicher li>2 an seinem Ausgang b ein
logisches Signal »1« abgibt. Das bedeutet, daß die Drehrichtung des Motors 112 richtig ist und daß sich die
Einstellung verbessert. Das bistabile Kippglied B\ ändert den Zustand nicht, und die Drehung des Motors
112 setzt sich fort, bis wie beim vorstehenden Fall die Änderung der Richtung der Ungleichheit, die vom
Vergleicher 152 erfaßt wird, den Zustand des bistabilen Kippglieds B\ ändert. Die Drehrichtung des Motors 112
in kehrt sich um, und unvermeidbar werden nach mehreren Umdrehungen Summen erreicht, die zunehmend
werden. Sobald von neuem ein Summensignal £ 1. das kleiner ist als das Summensignal £2. erkannt wird,
bedeutet dies, daß die optimale Zone überschritten wird.
Das bistabile Kippglied B\ ändert den Zustand, wodurch eine Zustandsänderung am zweiten bistabilen Kippglied
Bi ausgelöst wird, dessen Ausgang Q auf den Logikpegel
»0« übergeht, wodurch das UND-Glied 155 verriegelt oder gesperrt wird. Der Motor 112 empfängt keine
Steuerimpulse mehr. Die Einstellung ist erreicht.
Die Schaltung von Fig. 10 enthält weiter eine Einrichtung, die ein Wiederanlaufen des Motors 112
ermöglicht, wenn die Summensignale £i und £2 sich
infolge einer Regelverstellung der Einstellung oder
infolge einer Änderung des beobachteten Gegenstands verändern. Wenn eine derartige Regelverstellung oder
Regelabweichung erzeugt wird, gibt der Vergleicher 152 einen Ungleichheits-lrnpuls ab, der schließlich dem
Eingang des UND-Glieds 158 zugeführt wird, das vom
jo Ausgang Q des bistabilen Kippglieds Bi gesteuert wird.
Unter der Annahme, daß der Motor 112 angehalten ist und daß folglich das UND-Glied 155 verriegelt oder
gesperrt ist, befindet sich der Ausgang Q des bistabilen Kippglieds 82 auf dem Logikpegel »0« und der Ausgang
Q auf dem Logikpegel »1«. Das UND-Glied 158 ist somit durchgeschaltet Der vom Vergleicher 152
abgegebene Impuls kann das UND-Glied 158 durchlaufen und das bistabile Kippglied B2 an dessen Eingang 159
zur Rücksetzung auf den Anfangszustand, dem sogenannten »preset«-Eingang, erreichen. Das bistabile
Kippglied B2 ändert seinen Zustand, wodurch das UND-Glied 155 entriegelt wird und wieder die
Zuführung von Steuerimpulsen zum Motor 112 ermöglicht. Der erläuterte Vorgang bei den unterschiedlichen
Fällen läuft dann wieder ab.
Hierzu 7 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Vorrichtung zum automatischen Nachführen der Einstellung eines Mikroskops auf eine bildsei tige
Beobachtungsebene mit zwei Signalgebern, von denen der eine vor und der andere in gleichem
Abstand hinter der einzuhaltenden Beobachtungsebene angeordnet ist und jeder eine Gruppe von
Fotodetektoren umfaßt, die jeder jeweils einem bestimmten Bildpunkt in der Beobachtungsebene
zugeordnet sind, und mit einer Vergleichseinrichtung, die aus einer etwaigen Differenz zwischen den
Ausgangssignalen der beiden Signalgeber einen Steuerbefehl für einen Stellmotor zum Ändern der
Mikroskopeinstellung gewinnt, dadurch gekennzeichnet,
daß in jedem der beiden Signalgeber (R1, R2) jedem der Fotodetektoren (130)
je ein Speicherplatz in einem Zwischenspeicher (132; 144) für eine aufeinanderfolgende Auslesung
der von den einzelnen Fotodetektoren abgegebenen Ausgangssignale zugeordnet ist, daß jedem der
beiden Signalgeber eine gesonderte Verarbeitungsschaltung (Q bzw. C2) nachgeordnet ist, die eine
Umformerstufe (28) zum Bilden eines analogen Hüllsignals (30) aus den aus dem zugehörigen
Zwischenspeicher abgerufenen Ausgangssignalen der Fotodetektoren des entsprechenden Signalgebers,
einen Analog/Digital-Wandler (32) zum Erzeugen einer Folge von Digitalsignalen aus dem
analogen Hüllsignal, eine Meßstufe (34) zum Messen des Absolutwertes für das Inkrement zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Digitalsignalen aus dem Analog/Digital-Wandler
und ein Summationsglied (36) zum Aufsummieren der einzelnen Inkremente
aufweist, und daß die Vergleichseinrichtung (22) mit je einem Eingang an den Ausgang eines der beiden
Summationsglieder angeschlossen ist und von diesem jeweils ein dem Bildkontrast für das von dem
jeweiligen Signalgeber erfaßte Gesamtbild proportionales Summensignal (£i bzw. £2) zugeführt
erhält.
2. Vorrichtung nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet,
daß an die Verglcichseinrichtung (22) eine Korrektureinrichtung (24) zum Verstellen des
Stellmotors (112) angeschlossen ist, die von einer Schaltung (23) zum Erzeugen eines Korrektursignals
betrieben wird, die eine Einrichtung zum Erzeugen von Impulsen mit fester Amplitude, ein Verknüpfungsglied
zum Zuführen dieser Impulse zum Stellmotor, eine Einrichtung zum Verriegeln des Verknüpfungsgliedes bei optimaler Mikroskopeinstellung,
eine bistabile Kippschaltung (B\, B2), deren
Zustand die Drehrichtung für den Stellmotor bestimmt, und eine Einrichtung zum Ändern des
Zustands der bistabilen Kippschaltung in Abhängigkeit von der Polarität der Ungleichheit zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Summensignalen (£i, Σ 2) enthält.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstufe (34) für den
Absolutwert des Inkrements zwischen aufeinanderfolgenden Proben einen digitalen Addierer (74) mit
zwei Eingängen, einem Signalausgang und einem Überlaufausgang, ein erstes Exklusiv-ODER-Glied
(76) mit zwei Eingängen und einem mit einem Eingang des Addierers verbundenen Ausgang, ein
zweites Exklusiv-ODER-Glied (78) mit zwei Eingän-
gen und einem mit dem anderen Eingang des Addierers verbundenen Ausgang, ein Verzögerungsregister (73) mit einem an den Ausgang des
Analog/Digital-Wandlers (32) angeschlossenen Eingang und einem mit einem der Eingänge des zweiten
Exklusiv-Oder-Gliedes verbundenen Ausgang und
ein speicherndes Kippglied (82) mit einem an den Überlaufausgang des Addierers angeschlossenen
Eingang und mit einem Ausgang aufweist, der direkt mit dem anderen Eingang des zweiten Exklusiv-ODER-Gliedes
und über einen Inverter mit einem Eingang des ersten Exklusiv-ODER-Gliedes verbunden
ist, dessen anderer Eingang an den Ausgang des Analog/Digital-Wandlers (32) angeschlossen ist
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenspeicher
in Form von Schieberegistern (132, 144) aus ladungsgekoppelten Einrichtungen ausgebildet sind.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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