DE3240033C2

DE3240033C2 - Vorrichtung zur Scharfstellung optischer Systeme

Info

Publication number: DE3240033C2
Application number: DE19823240033
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Hachiouji Horikawa
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1982-10-26
Filing date: 1982-10-26
Publication date: 1988-04-14
Also published as: DE3240033A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Scharfstelleinrichtung für optische Systeme, die eine drehbare Lichtunterbrechungsplatte, die mit einer ersten lichtdurchlässigen Zone und einer zweiten lichtdurchlässigen Zone versehen ist, einen Bildsensor, der zwei Arten von Bildern, die durch Lichtbündel dargestellt werden, die durch die Lichtunterbrechungsplatte hindurchgeführt worden sind, aufnimmt und die entprechende Lichtintensitätsverteilung in fotoelektrische Signale wandelt, einen zentralen Verarbeitungskreis, der eine Digitalumwandlung der fotoelektrischen Signale vom Bildsensor durchführt, anschließend diese gemäß einer vorgegebenen Auswertungsfunktion verwertet und hieraus in der Lage ist, den Status der Scharfstellung und den Betrag und die Richtung der Abweichung aus der Brennpunktstellung anzuzeigen und einen Bildinformationsprozeßrechnungskreis aufweist, der in der Lage ist, nur die geeigneten fotoelektrischen Signale vom Bildsensor an den zentralen Verwertungskreis weiterzuführen, um zu ermöglichen, daß genau und mit hoher Empfindlichkeit festgestellt wird, ob eine Scharfstellung geschaffen ist oder nicht und welchen Betrag und welche Richtung die Schärfenverstellung zur Brennpunktposition aufweist. Die Lichtunterbrechungsplatte kann als dreiwinkliges Prisma, das im Zentralteil lichtabgeschirmt ist, ausgebildet sein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Scharfstellvorrichtung für optische Systeme, die für Endoskope od. dgl. geeignet ist gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, und insbesondere eine Scharfstellvorrichtung, die aus einem System aus einer Schärfeverschiebungsfeststelleinrichtung besteht, die die Verschiebung in zu der optischen Achse eines Bildes vertikalen Richtung zwischen zwei, außer bei Scharfstellung, durch zeitliche oder räumliche Aufteilung eines Lichtstrahlenbündels, das durch oder in der Nähe von einer Pupille eines solchen optischen Systems wie eines Mikroskops hinduichgeführt wird, aufgeteilten Lichtstrahlenbündeln verwendet.

Bekannt sind derartige Scharfstellvorrichtungen beispielsweise aus der japanischen Patentanmeldung Nr. 13 929/1981. Jedoch besteht hierbei die Idee nicht darin, die seitliche Verschiebung einer Abbildung festzustellen, sondern hierbei besieht die Idee darin, die Scharfstellung so durchzuführen, daß der Lichtbetrag,

ίο der an einem Punkt betrachtet sich als Ergebnis einer seitlichen Verschiebung der Abbildung ändert, dem Lichtbetrag, der an einem anderen Vergleichspunkt betrachtet wird, entspricht. Dabei haben sich Probleme dahingehend ergeben, daß die Information der gesamten Abbildung nicht effektiv genutzt werden kann, daß die Empfindlichkeit bei der Scharfstellung gering ist und daß ein fehlerhafter Betrieb leicht möglich ist. Außerdem ist die Feststellung nur des Spitzenwertes die gleiche wie bei den bekannten Systemen einer fotoelektrischen Feststellung des Kontrastes eines zu fotografierenden Objektes.

Daraus haben sich Probleme dahingehend ergeben, daß nicht festgestellt werden kann, ob die Scharfstellung im Vordergrund oder im Hintergrund liegt und daher der Betrag der Abweichung dsr Scharfstellung nicht festgestellt werden kann. Weiterhin hai sich als Problem ergeben, daß, wenn die Lichtverteilung schwankt, die Lichtmengen von zwei Abbildungen zueinander unterschiedlich sind und eine fehlerhafte Scharfstellung durchgeführt wird.

Außerdem ist eine Vorrichtung zur Scharfstellung optischer Systeme bekannt geworden, deren Grundprinzip darin besteht, daß - wenn eine Linse an der Vorderseite einschließlich der optischen Achse in zwei Zonen geteilt wird - das von dem durch die eine Zone hindurchgeführte Licht gebildete Objektbild und das von dem durch die andere Zone hindurchgefuhrle Licht gebildete Objektbild in der regulären Scharfeinstellungsposition einerseits miteinander zusammenfallen und andererseits nicht in einer anderen als in der Scharfeinstellungsposition miteinander zusammenfallen können (DE-OS 27 17 531).

Die Ermittlung einer Schärfeneinstellung sollte folgende Informationen ergeben:

1. Scharfeinstellung oder Nicht-Scharfeinstellung,

2. den Betrag der Verschiebung bei Nicht-Scharfeinstellung und

3. die Richtung der Verschiebung des Brennpunktes.

Diese können mit den bekannten Vorrichtungen nicht immer sicher erhalten werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Scharfstellung optischer Systeme zu schaffen, bei der eine erste Abbildung, die durch ein erstes Lichtstrahlenbündel, das durch eine Zone durch oder im Bereich einer Pupille durchgeleitet wird, und eine zweite Abbildung, die durch ein zweites Lichtstrahlenbündel, das durch eine weitere unterschiedliche Zone hindurchgefuhrt wird, abgebildet werden, in entsprechender Weise von einer lichtaufnehmenden Oberfläche einer fotoelektrischen Wandlereinrichtung aufgenommen werden, die entsprechende Lichtintensitätsverteilung in fotoelektrische Signale umgewandelt wird, die fotoelektrische Signale entsprechend einer vorgegebenen Auswertungsfunktion verwendet werden und die relativen Positionen der voranstehend angesprochenen zwei Abbildungen auf der lichtaufnehmenden Ober-

fläche so festgestellt werden, daß es immer sicher möglich ist, mit einer hohen Genauigkeit die Richtung und den Betrag der Scharfstellungsabweichung festzustellen und die Scharfstellung durchzuführen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird daher eine Vorrichtung zur Scharfstellung optischer Systeme vorgeschlagen, bei der erfindungsgemäß eine einzige lichtaufnehmende Oberfläche einer fotoelektrischen Wandlereinrichtung in oder in der Nähe einer Bildebene des abbildenden optischen Systems angeordnet ist, daß eiu erstes Bild, das durch ein Lichtstrahlenbündel, das durch die erste Zone hindurchgeführt worden ist und ein zweites Bild, das durch ein Lichtstrahlenbündel, das durch die zweite Zone geführt worden ist, auf der lichtaufnehmenden Oberfläche erzeugt wird, um ein erstes fotoelektrisches Signal, das der Lichtintensitätsverteilung des ersten Bildes entspricht, und um ein zweites fotoelektrisches Signal, das der Lichtintensitätsverteilung des zweiten Bildes entspricht, zu erhalten, daß das erste fotoelektrische Signal gespeichert wird bis das zweite fotoelektrische Signal vorliegt und dann das erste und das zweite fotoelektrische Signal entsprechend einer vorgegebenen Auswertungsfunktion durch einen zentralen Verarbeitungskreis zur gleichen Zeit verarbeitet werden, und daß die relativen Positionen der ersten Abbildung und der zweiten Abbildung auf der lichtaufnehmenden Oberfläche zur Scharfstellung der Abbildung, die durch das optische Abbildungssystem erzeugt wird, ermittelt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung weist die Vorrichtung ein Lichtun'jrbrechungsglied, das für die Durchführung eines Lichtstrahlenbündels eine erste Zone und eine zweite Zone aufweist, einen Bildsensor zur Aufnahme eines ersten Bildes und eines zweiten Bildes, die durch das Lichtstrahlenbündel abgebildet werden, das durch die erste Zone und die zweite Zone hindurchgeführt worden ist und zur Umwandlung der entsprechenden Lichtintensitätsverteilung in fotoelektrische Signale, und einen zentralen Verarbeitungskreis auf, der eine Analog/Digitalwandlung der fotoelektrischen Signale vom Bildsensor durchführt, dann einzeln die digitalen Signale abspeichert, die auf dem Lichtstrahlenbündel, das durch die erste Zone hindurchgeführt wurde und auf dem Lichtstrahlenbündel, das durch die zweite Zone hindurchgeführt wurde, beruhen, die digitalen Signals gemäß einer vorgegebenen Auswertungsfunktion verarbeitet und hierdurch die Anzeige des Betrages und der Richtung der Verschiebung der Scharfstellung ermöglicht.

Das Lichtunterbrechungsglied kann als rotierende Scheibe, bei der die Teile innerhalb und außerhalb einer Trcnnungslinic, die aus einem Kreisring mit einem vorbestimmten Radius besteht, wechselweise in Intervallen von jeweils 90° Kreiswinkel lichtdurchgängig ausgebildet sind, oder als dreiwinkliges, in seinem Zentralleil lichlundurchlässiges Prisma ausgebildet sein.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung eine Antriebseinrichtung, die zur Verschiebung des optischen Abbildungssystems in eine scharf gestellte Position auf der Grundlage der durch den zentralen Verarbeitungskreis ermittelten Ergebnisse geeignet ausgebildet ist, auf.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird verglichen mit Scharfstellvorrichtungen, bei denen die Schärfenfeststellung durch Feststellen der Ausgangsveriinderung im Zusammenhang mit der Bewegung entsprechender Bilder unter Verwendung einer Vielzahl von Lichtaufnahmeelementen durchgeführt wird, die seitliche Verschiebung des Bildes selbst durch Aufnahme der Information des gesamten Bildes unter Verwendung eines Bildsensors festgestellt, und daher kann die Schärfeneinstellung mit hoher Empfindlichkeit genau festgestellt werden.

Auch bei nur einmaliger fotografischer Fixierung des Bildes kann der Betrag und die Richtung der Schärfenverstellung festgestellt werden. Weiterhin kann, da ein ίο Korrelations-Wert in bezug auf das Bild errechnet wird, der Betrag der Schärfenverstellung mit größerer Genauigkeit als der Aufnahmegenauigkeit des Sensors ermittelt werden. Darüber hinaus ist es möglich, da die Schärfeneinstellung durch die Errechnung der Korrelation zwischen zwei Bildern festgestellt wird, auch wenn die Lichtstärkenbeträge der beiden Bilder mehr oder weniger unterschiedlich zueinander sind, eine Korrektur durchzuführen, und es gibt keine Fehl-Schärfeneinstellung.

Da die Lichtintensitätsstreuung des gesamten Bildes als fotoelektrische Signale aufgenommen werden, kann die Helligkeit des Bildes als Gesamtsumme oder als Durchschnittswert aller Werte festgestellt werden und das Licht zur Steuerung der Belichtung kann auf der Basis dieser Helligkeit gleichzeitig gemessen werden. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor und sind anhand der Zeichnungen beschrieben.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt

Fig. IA und IB ein optisches Grundsystem einer Ausführungsform einer Scharfstellvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild mit dem elektrischer. Schaltkreis als Teil der Scharfstellvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Lichtunterbrechungsplatte in einer schematischen Vorderansicht,

Fig. 4A bis4D Lichtintensitätsverteilungen und Korrelationen bei den Lichtsensoren in grafischen Darstellungen,

Fig.5Abis5G verschiedene Variable über der Zeit in grafischen Darstellungen,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines optischen Grundsystems, bei dem eine erfindungsgemäße Bildinformationsverarbeitungseinrichtung verwendet wird, in einer schematischen Darstellung, und

Fig. 7 ein optisches System einer mikroskopischen Fotoeinrichtung, bei der die Ausführungsform nach Fig. 2 angewendet ist.

In Fig. IA und IB ist ein optisches Grundsystem einer erfindungsgemäßen Scharfstellvorrichtung dargestellt. Hierbei ist mitl eine Abbildungslinse, mit 2 eine Lichtunterbrechungsplatte, die drehbar um eine optische Achse O als Zentrum der Pupille oder in der Nähe der Pupille im vorderen Bereich der Linse angeordnet ist und die mit einer Öffnung 2 a, die im Inneren der Pupille angeordnet ist, versehen ist, und mit 3 ein Bildsensor bezeichnet, der als Gesamtbildaufnahmeeinrichtung so in der Brennpunktposition angeordnet ist, daß ein Bild Q, das in der Brennpunktsebene abgebildet wird, auf dem Bildsensor3 abgebildet wird und daher scharf gestellt ist, wenn, wie in Fig. IB dargestellt, die Öffnung 2 a sich in ihrer oberen Position befindet oder, wie in Fig. IB dargestellt, sich die Öffnung 2 a in ihrer unteren Position befindet, da die Bilder Q und Q' in exakt der gleichen Position in vertikaler

Richtung zur optischen Achse O abgebildet werden. In dem Fall aber, daß nicht scharf gestellt ist, d. h., daß der Brennpunkt sich weiter vorn oder weiter hinten befindet, wird das Bild Q in einer anderen Position als in der Brennpunktsebene und damit auch in einer anderen Position als auf dem Bildsensor 3 abgebildet. Daher wird dann auf dem Bildsensor 3 nur ein unklares Bild Ql oder Ql in einer Position, die in entsprechender Entfernung und jeweils auf der anderen Seite in der vertikalen Richtung zur optischen Achse O entfernt von der Abbildung Q liegt, abgebildet. Außerdem ändert sich die Bildposition von Fig. IA zu Fig. IB von Ql zu QY oder von Ql zu QT.

Daher ist, wenn die Bildstellung so eingestellt ist, daß sie sich nicht bewegt, auch wenn die Lichtunterbrechungsplatte 2 rotiert, die Linse 1 in der richtigen Position scharf gestellt. Die entsprechende Bewegungsrichtung der Abbildung Ql und Ql ist im Falle einer vorderen Brennpunktslage und im Falle einer hinteren Brennpunktslage unterschiedlich. Daher kann, wenn die Bewegungsrichtung festgestellt ist, entschieden werden, ob die Brennpunktslage in den vorderen oder in den hinteren Bereich fällt. Außerdem kann der Betrag der Abweichung der Brennpunktslage aus dem Betrag der Abweichung der Bilder Ql oder Ql errechnet werden und daher kann die Scharfstellung in einem Arbeitsgang erfolgen.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild des elektrischen Schaltkreisteils der erfindungsgemäßen Scharfstellvorrichtung.

Mit T ist eine Lichtunterbrechungsplatte bezeichnet, deren Mittelachse Ta zur optischen Achse O parallel ist, die drehbar um die Achse Ta gelagert ist, die als eine Grenzlinie eine Teilungslinie Tb aufweist, die als Kreis um den Radius R ausgebildet ist und die mit dem Zentrum einer Pupille 4, d. h. mit der optischen Achse O, zusammenfällt, die innerhalb und außerhalb der teilenden Kreislinie Bereiche in Intervallen von jeweils 90° des Kreiswinkels aufweist, die jeweils abwechselnd durchsichtig ausgebildet sind, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, und die die gleiche Funktion hat wie die Lichtunterbrechungsplatte 2, die in Fig. 1 dargestellt ist.

Mit 3 ist ein Bildsensor, beispielsweise mit 512 bits Aufnahmekapazität, mit 5 ein Probenhalterungskreis und mit 6 ein Analog/Digitalwandler bezeichnet. Mit 7 ist ein Schalter, mit 8 und 9 ein Speicher, mit 10 ein Schiebe-Register, mitll ein Verschiebungswerteinstellkreis, mit 12 ein Subtraktionsglied, mit 13 ein Absolutwertkreis, mitl4 ein Speicher, mitl5 ein Additionsglied, mitl6 ein Speicher und mitl7 eine zentrale Prozeßrechnereinheit bezeichnet, wobei alle genannten Elemente (7 bis 17) den zentralen Verarbeitungskreis C bilden.

Mitl8 ist eine Anzeigeeinrichtung, mit 19 ein Linsenbewegungsschalikreis, mit 20 eine Linsenantriebseinrichtung, mit 21 eine Lichtquelle, mit 22 ein Lichtaufnahmeelement, das auf der anderen Seite der Lichtunterbrechungsplatte 2' gegenüber der Lichtquelle 21 angeordnet ist, mit 23 ein Lichtunterbrechungsplattendrehungsfeststellkreis, mit 24 ein Start-Impulserzeugungskreis, mit 25 eine Zähleinrichtung, mit 26 ein BiIdsensorantriebskreis, mit 27 ein Taktgeber, mit 28 eine Zähleinrichtung, mit 29 eine Torschaltung und mit 30 ein Torschaltungskontrollkreis bezeichnet, wobei alle genannten Elemente (18 bis 30) einen Bildinformationsprozeßrechnungskreis D bilden.

Die Scharfstellvorrichtung besteht aus den voranstehend aufgeführten Elementen. Die Arbeitsweise des Verarbeitungskreises C wird nachstehend aufgezeigt.

Wenn im ersten Betriebsstadium, d. h. in dem Stadium, in dem ein Lichtstrahlenbündel durch die lichtdurchlässigen Abschnitte A (Fig. 3) der Lichtunterbrechungsplatte 2' hindurchgeführt werden, die Abbildung, die durch das Lichtstrahlenbündel abgebildet wird, vom Bildsensor 3 aufgenommen wird, wird die Lichtintensitätsverteilung der Abbildung in entsprechende fotoelektrische Signale umgewandelt. Ein solches fotoelektrisches Signal wird vom Probenhalterungskreis 5 gehalten, anschließend im Analog/Digitalwandler 6 in ein digitales Signal umgewandelt und über den Schalter 7 in den Speicher 8 eingespeichert. Hier im Speicher 8 werden die 512 Speicherplätze mit 8_,,..., 8-512 bezeichnet. Bei dieser Ausfuhrungsform

IS werden vom Bildsensor3 512 fotoelektrische Ausgangssignale abgegeben, die daher der Reihe nach analog/ digital umgewandelt werden und der Reihe nach als /4(1), ...,/4(512) auf den Speicherplätzen 8-,,..., S_5!2 abgespeichert werden. Natürlich ist es nicht notwendig, daß die Analog/Digitalwandlung der Reihe nach abläuft, sondern die fotoelektrischen Signale können auch gleichzeitig analog/digital umgewandelt werden.

Dann wird die Lichtunterbrechungsplatte 2'gedreht, um das zweite Betriebsstadium zu erreichen, d. h. das Betriebsstadium, in dem das Lichtbündel durch die lichtdurchlässigen Teile B (Fig. 3) hindurchgeführt wird. Die Lichtintensitätsverteilung der durch das Lichtbündel bewirkten Abbildung wird vom Bildsensor 3, vom Probenhalterungskreis 5, vom Analog/Digitalwandler 6 und vom Schalter 7 in gleicher Weise gespeichert. Zu diesem Zeitpunkt, wenn der Schalter 7 zum Speicher 9 schaltet, werden die analog/digital gewandelten fotoelektrischen Signale als /S(I), ...,./»(512) auf den Speicherplätzen 9-1,..., 9_5|₂abgespeichert, wobei die Lichtintensitätsverteilung der abgespeicherten Abbildung beispielsweise der in Fig. 4A dargestellten Lichtintensitätsverteilung entspricht. Wenn die Lichtintensitätsverteilung für die beiden Fälle, daß das Licht durch die lichtdurchlässigen Teile A oder B hindurchgeführt wird, zueinander Unterschiede aufweisen, ist festgestellt, daß die Scharfstellung noch nicht durchgeführt ist.
Dann wird die Verschiebung der Abbildung zwischen dem Lichtdurchgang durch die lichtdurchlässigen Teile A und dem Lichtdurchgang durch die lichtdurchlässigen Teile B unter Verwendung der gefundenen Korrelation errechnet. Beispielsweise wird unter Verwendung von 128 bits (in Fig. 4B) der 512 bits die Korrelation zwischen/4 (n) undJB (n) der Abbildung für den Lichtdurchgang durch die lichtdurchlässigen Teile A und die lichtdurchlässigen Teile B errechnet. Wenn beispielsweise die Abbildung im Falle des Lichtdurchgangs durch die lichtdurchlässigen Teile A von 192 bis 319 bits festgelegt und die Abbildung im Falle des Lichtdurchgangs durch die lichtdurchlässigen Teile B verschoben festgelegt ist von 128 bis 255 bits, von 129 bis 256 bits, von 130 bis 257 bits,..., von 255 bis 382 bits und von 256 bis 383 bits und die Korrelation errechnet ist, wird der Betrag der Verschiebung von der Brennpunktslage und die Richtung der Verschiebung der durch die lichtdurchlässigen Teile B hindurchgeführten Abbildung dann gefunden, wenn der Wert der Korrelation einen Spitzenwert aufweist. Für die Lichtverteilung nach Fig. 4B ist als konkretes Beispiel für die Berechnungsformel folgende Formel zu betrachten.

.11"»

R(ö)=

(D

R (δ) = "Σ, A BSfA (χ) ~/Β (χ + δ)

(2)

11J

10

wobei die Werte für «5 = -64 bis δ = 64 errechnet werden und ΛßSeinen Absolutwert darstellt. & ist der Wert, bei dem R (δ) einen Spitzenwert erreicht [der Maximalwert bei Verwendung der Formel (1) oder der Minimalwert bei Verwendung der Formel (2)] und dieser Wert ergibt die Verschiebung der Abbildung (Fig. 4Q.

Dies wird nachstehend noch im einzelnen verdeutlicht durch die Anwendung der Formel (2) unter Verwendung des zentralen Verarbeitungskreises C. Zuerst wird ein eine Hausnummer bezeichnendes Signal von dem zentralen Prozeßrechner 17 ausgegeben und die Zahl, die zu der Adressennummer χ = 192 gehört - das ist die Zahl, die im Speicher unter 8-192 abgespeichert ist - wird in das Subtraktionsgliedl2 eingegeben. Andererseits wird dieses hausnummeranzeigende Signal auch in das SchieberegisterlO eingegeben und wird hier durch einen vorgewählten Wert von δ (in diesem Falle -64) des Verschiebungswerteinstellkreisesll verschoben, um nunmehr die Hausnummer des Speichers 9 z·' bezeichnen. Daher wird nunmehr der Inhalt des Speicherplatzes 9_₁₂₈ in das Subtraktionsglied 12 eingegeben, in dem die Differenz zwischen beiden Zahlen, d. h. zwischen fA (129) und/B(128) errechnet wird. Dieser Wert wird in den Absolutwertkreis 13 eingegeben, wird hier zu einem Absolutwert umgewandelt und anschließend im Speicher 14 abgespeichert. Wenn das Signal, das nunmehr abgespeichert worden ist, in den zentralen Prozeßrechner 17 eingegeben wird, werden die die Hausnummern bezeichnende Signale der Speicher 8 und 9 vom Zentralprozeßrechner 17 angezeigt und die Absolutdifferenz 1/4(x) -fB(x+ö)\, die χ = 193 entspricht, wird in der voranstehend aufgezeigten Weise berechnet und im Speicher 14 abgespeichert. Dieser Vorgang läuft in gleicher Weise weiter, bis X = 319 durchlaufen wird und der entsprechende Wert anschlie-Bend im Speicher 14 abgespeichert worden ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Gesamtinhalt des Speichers 14 in den Additionskreis 15 eingegeben und

50

R (-64)

ABSfA (χ) -fB{x-(A)

wird berechnet und im Speicher 16 auf dem Speicherplatz 16_ 1 abgespeichert. Anschließend wird durch Startbefehl vom zentralen Prozeßrechner 17 δ auf den Wert -63 gesetzt, χ anschließend wieder von χ = 192 bis 319 variiert und der Wert R (-63) in gleicher Weise wie voranstehend beschrieben berechnet und anschließend auf dem Speicherplatz 16_₂ abgespeichert. Hierauf wiederholt sich in gleicher Weise der Vorgang, bis R (64) berechnet und im Speicherl6 abgespeichert worden ist. Wenn dieser Vorgang abgeschlossen ist, wird der Inhalt der Speicherplätze 16_i bis 16__]29, d. h. R (-64) - R (64) in den zentralen Prozeßrechner 17 gegeben und verglichen. Wenn der Minimalwert R ((5₀) festgestellt ist, steht fest, daß die Verschiebung des Bildes im ersten Betriebsstadium und im zweiten Betriebsstadium gleich <5₀ ist. Wie in F i g. 4C dargestellt ist, kann daher aus dem Wert von δ_α die Verschiebung festgestellt werden und aus dem Vorzeichen von <5₀ die Verschiebungsrichtung des Bildes (nämlich, ob das Bild in den Vordergrund oder in den Hintergrund der normalen Brennpunktebene verschoben ist) festgestellt werden. Wenn diese Signale in den Lirisenbewegungsschaltkreis 19 eingegeben werden und die Linse durch die Linsenbewegungseinrichtung 30 bewegt wird, ist es daher möglich, eine automatische Scharfstellung durchzuführen.

Die oben genannten Signale können durch die Anzeigeeinrichtung 18 dargestellt werden, und aufgrund dieser Anzeige kann die Scharfstellung manuell durchgeführt werden. Es ist festzustellen, daß der oben genannte Wert δ mit den entsprechenden einzelnen bits des Bildsensors 3 übereinstimmt. Da R (δ) errechnet wird, ist es möglich, wenn eine geeignete Kennlinienkurve gewählt wird, einen noch feineren Wert für δ zu erhalten (s. Fig. 4D), so daß die Verschiebung des Bildes feiner als die Auflösung des Bildsensors festgestellt werden kann.

Das Prinzip der automatischen Beseitigung der ungeeigneten Abbildungen von den Abbildungen, die durch den Bildsensor 3 aufgenommen werden, d. h. die Schaffung von überlappenden Abbildungen entweder im ersten oder im zweiten Betriebsstadium durch Verschiebung zueinander, wird anhand des Bildinformationsprozeßrechnungskreises D erklärt. Die F i g. 5 A bis 5G sind Zeit-Diagramme. Fig. 5A zeigt die Änderungen einer Abbildung. Als erster Schritt wird das lichtaufnehmende Element 22 in eine solche Position gebracht, wie sie in Fig. 3 im Hinblick auf die Lichtunterbrechungsplatte 2' dargestellt ist. Der Lichtbetrag, der vom lichtaufnehmenden Element 22 während der Drehung der Lichtunterbrechungsplatte 2' aufgenommen wird, wird sich wie in F i g. 5B über der Zeit dargestellt ist, ändern. Auf der Grundlage der Ausgangssignale dieses Lichtaufnahmeelementes 22 wird der Lichtunterbrechungsplattendrehungsfeststellkreis 23 zwei Arten von Impulsen ausgeben, wobei der Impuls I erzeugt wird, jedesmal wenn eine Änderung von hell nach dunkel und umgekehrt auftritt und der Impuls II erzeugt wird, wenn eine Änderung von Dunkelheit zur Helligkeit auftritt, wie dies in den Fig. 5C und 5D dargestellt ist. Der Impuls I wird gleichzeitig in den Start-Impulserzeugungskreis 24 und in die Zähleinrichtung 25 eingegeben. In diesem Falle erzeugt der Start-Impulserzeugungskreis 24 Startimpulse, wie sie in Fig. 5E aufgrund der Eingabe von den Impulsen I dargestellt sind. Diese Startimpulse werden in den Bildsensorantriebskreis 26 eingegeben. Aufgrund dieser Eingangssignale wird der Bildsensorantriebskreis 26 den Bildsensor 3 in Übereinstimmung mit Zählimpulsen (s. Fig. 5F), die vom Taktgeber 27 erzeugt werden, bewegen, die im Bildsensor 3 gespeicherten fotoelektrischen Signale der Reihe nach herausgelesen und zu dem Probenhalterungskreis 5 übertragen werden. Jedoch der Probenhalterungskreis 5 hält die übertragenden Daten nur, wenn gleichzeitig die nachstehend beschriebenen Probenhalteimpulse (s. Fig. 5G) eingegeben werden, wobei er in allen anderen Fällen die Daten nicht hält und diese aufgibt. Jedoch sind diese fotoelektrischen Signale gespeichert, wenn das erste Betriebsstadium zum zweiten Betriebsstadium wechselt und daher nicht notwendig.

Andererseits wird die Zähleinrichtung 25 die Zählimpulse des Taktgebers 27 bei Eingabe des Impulses I

während einer vorbestimmten Bildspeicherzeit zählen und ein Signal ausgeben, wenn die Anzahl der Zählimpuise einen vorbestimmten Wert (in diesem Ausführungsbeispiel wenigstens 512) erreicht hat. Dieses Signal wird gleichzeitig in den Start-Impulserzeugungskreis 24 und in die Zähleinrichtung 28 eingegeben. Da der Start-lmpulserzeugungskreis 24 in gleicher Weise arbeitet wie bei Erhalt von Signalen von dem Lichtunterbrechungsplattendrehungsfeststellkreis 23, werden, wie nachstehend beschrieben, die Daten vom Bildsensor 3 der Reihe nach in den Probenhalterungskreis 5 übertragen. Andererseits beginnt die Zähleinrichtung 28 die Zählimpulse der Zähleinrichtung 25 zu zählen und sendet Probenhalterungs-Impulse zum Probenhalterungskreis 5 aufgrund jeden Zählimpulses.

Da der Zeitpunkt der Eingabe dieser Probenhalterungs-Impulse und der Eingabe der Daten aus dem Bildsensor 3 zusammenfallen, werden alle Daten vom Bildsensor 3 in dem Probenhalterungskreis 5 gehalten. Die Anzahl der Zählnummern der Zähleinrichtung 28 ist die gleiche wie die Anzahl der Bilddaten aus dem Bildsensor 3 und in dieser Ausführung sind es 512. Die Daten, die im Probenhalterungskreis 5 enthalten sind, werden im Analog-Digitalwandlungskreis 6 in digitale Signale umgewandelt und in den zentralen Prozeßrechnern eingegeben, um dort entsprechend dem voranstehend beschriebenen Ablauf verwendet zu werden. Dann, wenn der Impuls I vom Lichtunterbrechungsplattendrehungsfeststellkreis ausgegeben wird, wird der Start-Impulserzeugungskreis 24 erneut arbeiten und die dann gewonnenen Daten werden in gleicher Weise in den zentralen Prozeßrechner 17 eingegeben.

Wie voranstehend dargestellt, werden bei dieser Ausführungsform die erhaltenen Daten nach Betätigung des Plattendrehungsfeststellkreises, der zur Feststellung der Drehung der Lichtunterbrechungsplatte 2' dient, fallengelassen und die danach erhaltenen Daten werden festgehalten. Das bedeutet, die fotoelektrischen Ausgangsdaten, die vom Bildsensor 3 direkt nach Arbeitsbeginn des Lichtunterbrechungsplattendrehungsfeststellkreises 23 ausgegeben werden, d. h. die Bildsignale, die gespeichert sind, wenn die transparenten Teile der Lichtunterbrechungsplatte 2' vom Bereich A zum Bereich B oder vom Bereich B zum Bereich A wechseln, bestehen aus einer Mischung von zwei Bildern, werden nicht für die Schärfenfeststellung verwendet und werden daher fallengelassen. Andererseits wird das Bildsignal, dessen Speicherung mit der Ausgabe des Impulses I beginnt und dessen Speicherung nach einer vorher bestimmten Zeit, die von der Zähleinrichtung 25 abgezählt wird, endet ein Bildsignal sein, das entweder dem Betriebsstati-s, in dem das Licht durch die transparenten Teile A hindurchgeführt wird oder dem Betriebsstatus, in dem das Licht durch die transparenten Teile B hindurchgeführt wird, zuzuordnen sein wird, und es wird zur Schärfenfeststellung genutzt und daher ohne Verluste gespeichert. Auf diese Weise ist es möglich, nur die notwendigen Bildinformationen festzuhalten.

Außerdem ist festzustellen, daß bei der vorliegenden Ausführungsform bei der Schärfenfeststellung, außer wenn die Informationen der beiden Betriebszustände, nämlich des Lichtdurchganges durch die lichtdurchlässigen Teile A und B, gemeinsam zur Verfügung stehen, eine Brennpunktsfeststellung nicht durchgeführt werden kann. Um die Verschiebung des Bildes festzustellen, sind zwei Informationen über die Abbildungen notwendig. Es hat sich nicht als vorteilhaft erwiesen und muß vermieden werden, daß die Bildinformation automatisch, auch wenn keine Bildinformation benötigt wird, in den zentralen Prozeßrechner 17 eingegeben wird. Daher wird der Impuls II verwendet. Das heißt, wenn ein »read-in-Signal« vom zentraler. Prozeßrechnerl7 in den Gattschaltungskontrollkreis 30 eingegeben wird und anschließend die Impulse II vom Fcctstellungskreis 23 eingegeben werden, wird ein Ausgangssignal zur Ausschaltung des Schalters und zur !nbetriebhaltung der Gattschaltung 29 ausgegeben. In diesem Betriebsstadium wird daher der Vorgang von der Erzeugung der Startimpulse bis zur Erzeugung der Probenhalterungsimpulse, wie voranstehend beschrieben, durchgeführt und die B ^; .'.i.iurmationen werden in den zentralen Prozeßrechner 17 eingegeben in der Reihenfolge der lichtdurchlässigen Bereiche B, A, B, A... Andererseits wird, falls im Prozeßrechner 17 die Bildinformation nicht mehr notwendig ist, wenn vom zentralen Prozeßrechner 17 ein Signal an den Gattschaltungskontrollkreis 30 gegeben wird, der Gattschaltungskontrollkreis 30 schalten und die Gattschaltung 29 abschalten, wenn der Impuls II eingegeben wird.

Daher werden in diesem Betriebszustand keine Probenhalterungsimpulse an den Probenhalterungskreis 5 abgegeben und werden dann keine weiteren Daten in den zentralen Prozeßrechner 17 eingegeben. Wenn rk-r Vorgang wie voranstehend beschrieben abläuft, wird die Eingabe der Bildinformationen immer der Reihenfolge der lichtdurchlässigen Teile B, A,..., B, A enden und die Bildinformationen der beiden Betriebszustände des Lichtdurchgangs durch die lichtdurchlässigen Teile B und A werden jeweils der Reihe nach bei den gleichen Zahlen in den zentralen Prozeßrechner 17 eintreten. Daher wird, wenn die Bildinformationen der beiden Betriebszustände des Lichtdurchganges durch die lichtdurchlässigen Teile A und B jeweils paarweise verwendet werden, die Scharfstellungsfeststellung möglich.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform eines optischen Systems dargestellt, die sich vom optischen System nach Fig. 1 unterscheidet. Mit 31 ist ein Prisma bezeichnet, das in der Nähe der Pupille angeordnet ist und die gleiche Funktion wie die Lichtunterbrechungsplatte 2 in Fig. 1 hat. Dementsprechend wird die Abbildung, die zum Zeitpunkt der Scharfstellung natürlich in der Position /"abgebildet wird, in den Positionen Pl und Pl abgebildet, und zum Zeitpunkt der Nichtscharfstellung wird die Abbildung in den Positionen PV und PT oder in den Positionen PV und Pl" abgebildet. Bei einer Betrachtung ausgehend von den optischen Achsen O-! und O-2 der Bilder in den Positionen P., und P-2 zu dem Zeitpunkt, wenn das System scharf gestellt ist. ist festzustellen, daß die Positionen PV und PT oder die Positionen Pl" und Pl" in zu den optischen Achsen O-1 und O-2 vertikalen Richtungen verschoben sind. Das bedeutet, daß das Prinzip das gleiche ist wie bei dem optischen System in Fig. 1. In dem System nach Fig. 1 ist die Verschiebung der Abbildung als eine zeitabhängige Schwingung zu beobachten, dagegen ist in dem System nach Fig. 6 die Scharfstellung als Betrachtung zweier Raumpunkte durch eine Aufspaltung anzusehen. Auch bei dem System nach Fig. 6 ist es möglich, wenn die Positionen Pl und Pl des Bildes auf einen Punkt fallen, zwei Bilder mit einem Bildsensor aufzunehmen, aber der Randbereich des Bildes, das in der Position Pl abgebildet wird, wird wahrscheinlich das Bild in der Position P2 überlappen und daher könnte eine Sehfeldblende angeordnet werden, um von vornherein zu verhindern, daß eine Sehfeldüberlappung eintritt

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Nachstehend ist das zeitliche Teilungssystem und das räumliche Teilungssystem miteinander verglichen. Das zeitliche Teilungssystem hat einen Vorteil dahingehend, daß, weil die Bilder am gleichen Ort abgebildet werden, im Falle einer Bildüberlappung, wenn eine Scharfstellung erreicht ist, die Entscheidung zur Scharfstellung oder Nichtscharfstellung leicht getroffen werden kann. Aber dieses System hat einen Nachteil dahingehend, daß ein mechanisches Glied wie eine rotierende Lichtunterbrechungsplatte notwendig ist. Das räumliche Spaltungssystem hat den Vorteil, daß keine mechanisch bewegten Mechanismen notwendig sind, aber es hat den Nachteil, daß, weil die Bilder nicht am gleichen Ort abgebildet werden können, die Entscheidung zur weiteren Scharfstellung schwer zu treffen ist.

In Fig. 7 ist ein optisches System einer Mikroskop-Fotografiereinrichtung dargestellt, bei der eine erfindungsgemäße Scharfstellvorrichtung verwendet wird. Mit 41 ist eine Lichtquelle, mit 42 eine Kollektorlinse, mit 43 eine Aperturblende eines Beleuchtungssystems, die in der Pupillen-Position SO des optischen Systems angeordnet ist, mit 44 eine Kondensorlinse, mit 45 eine Probe, mit 46 ein Objektiv, mit 47 ein Okkular, mit 48 ein ! ichtteiler, mit 49 eine Filmoberfläche, mit 50 eine ReJay-Linse, mit 51 eine Fokussierlinse und mit 52 eine Bildlinse bezeichnet. Die Lichtunterbrechungsplatte 2', die in Fig. 3 dargestellt ist, ist im Bereich des Ortes einer der entsprechenden Pupillenpositionen S__o, S-1 und 5_2 angeordnet. Das optische System nach Fig. 7 ist so ausgebildet, daß eine Beobachtung mit bloßem Auge möglich ist. Wenn hierbei der Bildsensor 3 an die Stelle der Fokussierlinse 51 gesetzt wird, ist es möglich, eine Scharfstelleinrichtung in dieser Vorrichtung zu verwenden.

Die beschriebene Bildinformationsprozeßrechnungsvorrichtung kann nicht nur zur Scharfstellung, sondern auch für verschiedene Zwecke verwendet werden. Beispielsweise kann bei spektroskopischen Messungen mit zwei Lichtstrahlenbündeln unter Verwendung einer Bildaufnahmeeinrichtung die Vorrichtung dazu verwendet werden, daß, um unnötige Informationen zu entfernen, jeweils abwechselnd ein Standardlichtbündel und ein Probenlichtbündel unter Verwendung eines Modulators od. dgl. eingestrahlt wird. Weiterhin kann der Bildinformationsprozeßrechnungskreis bei der Herstellung von einem VTR von einem Film verwendet werden. Hierzu ist zu sagen, daß ein Film zwischen den einzelnen Bildabschnitten schwarze Teilungen aufweist. Die Daten von diesen schwarzen Teilungen können als unnötige Daten bei der Bewegung eines Bildabschnittes zum nächsten entfernt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Scharfstellung optischer Systeme mit einem Abbildungssystem (1) und einem Lichtunterbrechungsglied (2,2', 31), das bei oder in der Nähe der Position der Pupille des Abbildungssystems angeordnet ist und das eine erste Zone (A) und eine zweite Zone (B), die fur ein von einem Objektiv ausgestrahltes Lichtstrahlenbündel durchlässig sind, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige lichtaufnehmende Oberfläche einer fotoelektrischen Wandiereinricntung (3) in oder in der Nähe einer Bildebene des abbildenden optischen Systems angeordnet ist, daß ein erstes Bild, das durch ein Lichtstrahlenbündel, das durch die erste Zone (A) hindurchgeführt worden ist und ein zweites Bild, d<\s durch ein Lichtstrahlenbündel, das durch die zweite Zone (B) geführt worden ist, auf der lichtaufnehmenden Oberfläche erzeugt wird, um ein erstes fotoelektrisches Signal, das der Lichtintensitätsverteilung des ersten Bildes entspricht, und um ein zweites fotoelektrisches Signal, das der Lichtintensitätsverteilung des zweiten Bildes entspricht, zu erhalten, daß das erste fotoelektrische Signal gespeichert wird bis das zweite fotoelektrische Signal vorliegt und dann das erste und das zweite fotoelektrische Signal entsprechend einer vorgegebenen Auswertungsfunktion durch einen zentralen Verarbeitungskreis (C) zur gleichen Zeit verarbeitet werden, und daß die relativen Positionen der ersten Abbildung und der zweiten Abbildung auf der lichtaufnehmenden Oberfläche zur Scharfstellung der Abbildung, die durch das optische Abbildungssystem erzeugt wird, ermittelt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Antriebseinrichtung (19, 20), die zur Verschiebung des optischen Abbildungssystems in eine scharf gestellte Position auf der Grundlage der durch den zentralen Verarbeitungskreis (C) ermittelten Ergebnisse geeignet ausgebildet ist, aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtunterbrechungsglied als drehbare Scheibe (I¹) ausgebildet ist, wobei die innerhalb und außerhalb einer teilenden Kreislinie (2'b), die einen vorgewählten Radius (R) aufweist, liegenden Bereiche in Intervallen vonjeweils90°des Kreiswinkels jeweils abwechselnd durchsichtig ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtunterbrechungsglied ein Prisma (31), das in seinem Zentralteil lichtabgeschirmt ausgebildet ist, aufweist.