DE3430569C2

DE3430569C2 - Vorrichtung zur Brennpunktermittlung

Info

Publication number: DE3430569C2
Application number: DE3430569A
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Hachiouji Tokyo/Tokio Horikawa
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1983-08-18
Filing date: 1984-08-20
Publication date: 1986-03-27
Also published as: JPS6042725A; DE3430569A1; US4733062A

Abstract

Die Vorrichtung zur Brennpunktermittlung umfaßt eine Lichtquelle, welche abwechselnd ein Paar auf die Oberfläche eines Objektes gerichteter Lichtstrahlen erzeugt, ein auf einer Bildoberfläche angeordnetes Lichtempfangselement, das die Bildposition des auf der Oberfläche reflektierten Lichtstrahlpaares ermittelt und eine Signalverarbeitungseinrichtung, die die Verschiebung der Bildposition des Lichtstrahlpaares mit Signalen vom Bildempfangselement ermittelt, um die Ausbildung der gesamten Vorrichtung zu vereinfachen und um die schnelle Scharfeinstellung auch eines dunklen Objektes zu ermöglichen.

Description

a) eine Lichtquelleneinrichtung (5, 7; 6, 8; 14, 16; l!i, 17), die in einer zur vorherbestimmten, bildformenden Oberfläche optisch konjugierten Position zur wechselweisen Projizierung des Lichtes auf ein Objekt (2) durch das optische Qbjektivsystem (1, 9, 41) entlang eines Paares voneinander unterschiedlicher und sich in einem von dem optischen Objektivsystem (1, 9, 41) in einer der Entfernung zwischen dem Objektivsystem (1, 9, 41) und der bildformenden Oberfläche entsprechenden Entfernung befindliehe Punkt (P) kreuzenden Bühnen, angeordnet ist;

b) ein photoelektrisches Umsetz-Element (3, 13, 31), 31, 32), das in der nut der biidionrienden Oberfläche optisch konjugierten Position angeordnet ist und das eine einzige lichtempfangende Oberfläche zum €mpfan^ vom Objekt reflektierten Lichtstrahl: (C, £ty aufweist;

c) eine mit dem photoelektriscr ;n Umsetz-Element (3, 13, 30, 31, 32) verbundene Position-Feststeilungseinrichtung (18, 19, 20, 34, 35) zur Errechnung der Eingangsposition der Lichtstrahlen (C, D) auf der lichtempfangenden Oberfläche des photoelektrischen Umsetz-Elements (3,13,30,31,32) auf der Grundlage eines Ausgangssignals von dem photoelektrischen Umsetz-Element (3,13,30,31,32) und

d) eine mit der Positions-Feststellungseinrichtung (18, 19, 20, 34, 35) verbundene Signalverarbeitutngseinrichtung (22) zur Feststellung der Ver-Schiebung des Objektbildes von der vorherbestimmten bildformenden Oberfläche

aufweist.

2. Vorrichtung zur Brennpunktermittlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelleneinrichtung ein Paar lichtemittierender Elemente (7, 8; 16,17), die für ein abwechselndes Aufleuchten ausgestaltet sind, und ein Paar vor den Elementen (7,8; 16,17) angeordnete Mikrolinsen (5,6; 14,15) aufweist.

3. Vorrichtung zur Brennpunktermittlung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umsetz-Element ein Halbleiter-Positionsdetektor (13) ist und daß die Positiorr.-Feststellungseinrich· tung eine Einrichtung (19, 20) zur Feststellung der Ausgabesignale eines ersten und eines zweiten Ausgabe-Terminals (34, 35) des Halbleiter-Positionsdetektors (13) und der Differenz zwischen den Ausgabesignalen und einer Einrichtung (21) zur Feststellung des Verhältnisses der Differenz zu der Summe oder dies Verhältnisses der Summe zu der Differenz aufweist.

4. Vorrichtung zur Brennpunktermittlung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signal-Verarbeitungseinrichtung (22) eine Einrichtung zur Ermittlung der Defokus-Richtung umfaßt, die eine erste Einrichtung (36) zum Gleichrichten der Ausgabe-Signal-Komponente der Positions-Feststellungseinrichtung (18,19,20,34,35), eine zweite Einrichtung (37) zur Differenzierung des Ausgabesignals von der ersten Einrichtung (36), eine dritte Einrichtung (38) zur Feststellung des Vorzeichens des Ausgabesignals der zweiten Einrichtung (37) und eine Einrichtung (39) zur Feststellung, ob das Ausgabesignal der ersten Einrichtung (36) Null ist oder nicht, aufweist

5. Vorrichtung zur Brennpunktennittlung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die lichtemittierenden Elemente (7,8; 16,17) Infrarot-Leuchtdioden sind.

6. Vorrichtung zur Brennpunktermittlung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die lichtemittierenden Elemente (7, 8; 16, 17) Infrarot-Halbleiter-Laser sind.

7. Vorrichtung zur Brennpunktermittlung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die abbildende Einrichtung eine Kamera und das optische Objektivsystem eine photographische Linse (9) der Kamera ist

S. Vöfi'iehiung ixit Bienripunktefmitilüng nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die abbildende Einrichtung ein Mikroskop und das optische System ein Objektiv (41) des Mikroskops ist

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Brennpunktermittlung für abbildende Einrichtungen, bei denen ein' Objektbild auf einer vorherbestimmten, bildformenden Oberfläche durch ein optisches Objektivsystem abgebildet wird, mit zwei Lichtquellen zur wechselweisen Projizierung des Lichtes auf ein Objekt einem photoelektrischen Empfänger und mit einer Signalverarbeitungseinrichtung. Derartige Vorrichtungen dienen zur Ermittlung des Brennpunktes bei optischen Instrumenten, wie Kameras, Mikroskopen, starren Endoskopen, Netzhautkameras, medizinischen Instrumenten und insbesondere zur Brennpunktermittlung, bei der die Position des Objektbildes durch die Benutzung von Lichtstrahlen, welche verschiedene Bahnen in einem optischen System durchlaufen, verschoben wird, um dadurch die Lage des Brennpunktes zu ermitteln.

Es sind verschiedene Vorrichtungen dieser Art zur Ermittlung des Brennpunktes bekannt. Zum Beispiel ist es in einem bekannten System zur Erzielung einer Phasendifferenz eines Bildes vermittels Teilung der Pupille erforderlich, ein mechanisches Hilfsmittel zur Teilung der Pupille und elektrische Hilfsmittel, wie ein flüssiges Kristall, in der Nähe der Pupillenposition vorzusehen, was jedoch zu einer Kompliziertheit des optischen Systems führt (DE-OS 32 15 595, DE-OS 34 06 460 und DE-OS 34 06 578).

Ferner ist ein System zur Betrachtung eines Teils der Pupille vermittels einer Linse bekannt, um die Anordnung der Pupillenteilungs-Hilfsmittel innerhalb des optischen Systems zu vermeiden, bei dem eine Vielzahl von Lichtempfangselementen zur Feststellung der Ver-

Schiebung des Bildes vorgesehen sind, womit das Problem verbunden ist, daß die Einstellung schwierig ist (japanische Offenlegungsschrift 1 26 221/1980).

Weiterhin ist für ein System, in welchem eine kleine Linse auf der Bildoberfläche angeordnet und eine Kornbination von verschiedenen Bestandteilen zur Beobachtung von verschiedenen Teilen der Pupille für jedes Bildelement vorgesehen ist, ein eigenes Lichtempfangselement erforderlich, was das Problem mit sich brachte, daß das Signalverarbeitungssystem kompliziert wurde (japanische Offenlegungsschrift 1 30 506/1980). In dem obenerwähnten System, welches das Licht vom Objekt benutzt ergab sich das Problem, daß, falls das Objekt dunkel ist es unmöglich ist einen Brennpunkt festzustellen. Andererseits ist ein System zur Projizierung von Licht gegen ein Objekt vorgeschlagen worden, das jedoch ein System zur Abstands- bzw. Entfernungsmessung darstellt und daher nicht für einäugige Spiegelreflexkameras und Mikroskope verwendbar ist welche vorzugsweise zum TTL-System gehören.

Es ist auch schon eine Vorrichtung vorgeschlagen v/orden, bei der eine Hilfsquelle zur Beleuchtung in der Pupillenposition eines Mikroskops angeordnet ist In dem Falle, daß ein Fokus durch das reflektierende Licht von einem Objekt festgestellt wird, wird eine Marke durch das Beleuchtungslicht schräg beleuchtet die auf das Objekt projiziert wird, um wiederum reflektierendes Licht auf die Marke zu projizieren, wobei auf diese Weise ein Fokus mit Signalen von einem Paar in der Nähe der Marke angeordneter Detektoren festgestellt wird. Dabei ist die Lichtquelle in der Pupillenposition angeordnet so daß zur Brennpunktermittlung eine Marke, auf die das Bild projiziert wird, erforderlich, wodurch die Anordnung kompliziert wird (DE-OS 33 28 821).

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Brennpunktermittlung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die einfach in der Gestaltung des optischen Systems und des Signalverarbeitungssystems ist, die leicht einzustellen ist, bei der z. B. eine Marke, wie sie bei anderen bekannten Vorrichtungen notwendig ist, nicht mehr benötigt wird und bei der Punktlicht verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Vorteilhafterweise umfaßt die erfindungsgemäß vorgesehene Lichtquelle ein Paar von lichtemittierenden Elementen und in entsprechender Weise vor den zugehörigen lichtemittiereiden Elementen angeordnete Lichtsammellinsen und einen ersten Strahlerteil zur Lenkung eines von der Lichtsammellinse geschaffenen Lichtstrahlenpaares durch ein Objektiv auf eine Objektoberfläche und einen Halbleiter-Lichtpositionsanzeiger als Lichtempfangselement Dadurch werden die Signale in den Signalverarbeitungskreis zur Echtzeit eingegeben, und als Ergebnis erhöht sich die Fokussiergeschwindigkeit

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Paar von einem ersten Strahlteiler reflektierter Lichtstrahlen durch einen anderen, in einem Teil eines Schwingspiegels und einer bildphotographierenden Linse (Objektiv) vorgesehenen zweiten Strahlteiler auf eine Objektoberfläche geleitet. Dadurch kann die Vorrichtung zur Brennpunktermittlung leicht innerhalb eines Kameragehäuses eingebaut werden.

Nach einer weitere« bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Lichtstrahlenpaar nach Durchlaufen eines ersten Strahlteilers durch einen auf der optischen Achse eines Objektivs und auf dem Objektiv angeordneten zweiten Strahlteiler auf eine Objektoberfläche geleitet. Dadurch kann die Vorrichtung zur Brennpunktermittlung einfach innerhalb eines Epitnikroskops (Auflichtmikroskops) eingebaut werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen

F i g. 1 und 2 optische Systeme zur Erläuterung des Grundprinzips einer Vorrichtung zur Brennpunktermittlung nach der vorliegenden Erfindung in Ansichten,

Fig.3 ein optisches System eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Brennpunktermittlung nach der vorliegenden Erfindung in einer schaubildlichen Ansicht,

Fig.4 ein Blockdiagramm, das die Signalverarbeitungsschaltung einer Vorrichtung zur Brennpunktermittlung nach der vorliegenden Erfindung zeigt

F i g. 5 die Anordnung eines LicnrernDfangselementes in einem senkrechten Schnitt

Fig.6 ein Blockdiagramm, das Einzelheiten eines Steuerungsteils in dem in F i g. 4 dargestellten Signalverarbeitungsteil zeigt,

F i g. 7a bis 7e Darsttllungen zur Erläuterung des Vorganges zur Verarbeitung von Signalen vom Lichtempfangselement

F i g. 8 ein Flußdiagramm für den Fall, daß ein Mikroprozessor als Signaiverarbeitungsmittei benutzt wird und

F i g. 9 ein optisches System eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Brennpunktermittlung nach der vorliegenden Erfindung in einer schaubildlichen Ansicht.

Zunächst soli das Grundprinzip einer Vorrichtung zur Brennpunktermittlung nach der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf die F i g. 1 und 2 erläutert werden: Ein von einem lichtemittierenden Element 7 ausgesandter Lichtstrahl durchläuft eine Mikrolinse 5; er wird dann in einer mit einer Bildoberfiäche einer bildphotographierenden Linse 1 konjugierten Position gesammelt, wird von einem Strahlteiler 4 reflektiert, wird durch eine bildphotographierende Linse (Objektiv) 1 zu einem Lichtstrahl A und auf einem im Brennpunkt liegenden Objekt 2 zu einem Punktbild Q abgebildet. Falls das Objekt 2 ein lichtzerstreuendes Objekt ist, wird das Punktbild Q zu einem Lichtstrahl, der die Apertur der bildphotographierenden Linse 1 ausfüllt und der auf einem Lichtempfangselement 3 zu einem Punktbild Q' gebildet wird. Andererseits durchläuft der vom lichtemittierenden Element 8 ausgesandte Strahl ebenfalls eine Mikrolinse 6 und wird dann in derselben Weise zum Punktbild Q' auf dem Lichtempfangselement 3 gebildet bzw. abgebiidet (siehe den Lichtstrahl B). Daher werden im Fall einer Brennpunkteinstellung das vom lichtemittierenden Element 7 herrührende Punktbild und das vom lichtemittierenden Element 8 herrührende Punktbild sich als genau deckendes, ider'.isches Punktbild auf dem Lichtempfangselement 3 ergeben.

Andererseits zeigt F i g. 2 einen defokussieren Zustand. Der vom lichtemittierenden Element 7 ausgehende Lichtstrahl durchläuft die Mikrolinse 5; er wird dann die mit der Bildoberfläche der bildphotographierenden Linse 1 konjugieile Position P durchlaufen, wird von dem Strahlteiler 4 reflektiert werden, wird durch die bildphotographierende Linse (Objektiv) 1 zu einem Lichtstrahl A und wird auf dem nicht im Brennpunkt liegenden Objekt 2 zu einem defokussierten Punktbild

Qa- Nebenbei gesagt, ist die Brennpunktposition durch 2' dargestellt. Falls das Objekt 2 ein lichtzerstreuendes Objekt ist, wird Qa zu einem Lichtstrahl, welcher der Apertur der bildphotographierenden Linse 1 entspricht, wird den Strahlteiler durchlaufen und wird auf dem Lichtempfangselement 3 zu einem defokussierten Punktbild Q\ gebildet. Falls das Objekt 2 eine Spiegeloberfläche ist, wird das Punktbild Q_A zu einem Lichtstrahl C und wird auf dem Lichtempfangselement 3 zu ein»m defokussierten Punktbild Q'_A gebildet.

Andererseits wird der vom lichtemittierenden Element 8 ausgesandte Lichtstrahl ebenfalls die Mikrolinse 6 durchlaufen, wird dann auf dieselbe Weise auf dem Objekt 2 zu einem defokussierten Punktbild Qb und wird dann auf dem Lichtempfangselement 3 zu einem defokussierten Punktbild Q'b gebildet (siehe Lichtstrahlen Bund D). Daher werden im Fall eines defokussierten Zustandes die von den lichtemittierenden Elementen 7 und β herrührenden Punktbiider Q'a und Q'b auf dem Lichtempfangselement 3 in unterschiedlichen Positionen gebildet.

Wenn hiernach die lichtemittierenden Elemente 7 und 8 bei fokussiertem Zustand abwechselnd flackern, wird sich die Position des Punktbildes auf dem Lichtempfangselement 3 nicht verändern, aber wenn defokussiert, wird das Punktbild auf dem Lichtempfangselement 3 abwechselnd Q'a und Q'b bilden, und die Position wird sich verändern. Daher kann im Fall der Fokussierung die bildphotographierende Linse 1 (bei einem Mikroskop das Objekt 2) bewegt werden, so daß sich das Punktbild auf dem Lichtempfangselement 2 nicht bewegt.

Es ist möglich, aus der Bewegungsrichtung der Verschiebung des Punktbildes zu beurteilen, ob die bildformende Position vor oder hinter der normalen Position liegt und den Defokus-Wert bzw. den vom Brennpunkt abdeichenden Wert zu messen. Insbesondere im Fa!! eines kleinen Defokus-Wertes, falls der von den Lichtstrahlen, die von den lichtemittierenden Elementen 7 und 8 ausgesandt werden, gebildete Winkel #ist und die Verschiebung des Punktbildes ö ist, kann der Defokus-Wert d auf der Bildseite durch die folgende Formel ermittelt werden:

2tan-|-

Obiges trifft nebenbei gesagt für den Fall zu, daß das zu bildende Lichtquellenbild ein Punktbild ist Jedoch muß es nicht immer ein Puiiktbild sein.

Nunmehr soll der Fall, das das oben erwähnte Prinzip auf eine einäugige (einlinsige) Spiegelreflexkamera angewandt wird, unter Bezugnahme auf die F i g. 3 bis 7 erläutert werden.

F i g. 3 zeigt ein optisches System. Die Bezugsziffer 9 bezeichnet eine bildphotographierende Linse, 10 bezeichnet einen in einem Schwingspiegel vorgesehenen Strahlteiler, 11 bezeichnet einen Spiegel, 12 bezeichnet einen Strahlteiler. 13 bezeichnet ein Lichtempfangselement, 14 und 15 bezeichnen Mikrolinsen, und 16 und 17 bezeichnen lichtemittierende Elemente. Wie voranstehend ist das gleiche optische System wie in l-'ig. I in einer Kamera festgelegt. In diesem Fall wird ein HaIbleiter-Lächtpositionsanzeiger, der sich einen Lateralphotoeffekt zunutze macht, als Lichtempfangselement 13 benutzt.

Fig.4 zeigt eine Signalverarbeitungsschahung. Zunächst soll der detaillierte Aufbau des Lichtempfangselementes 13 nach F i g. 5 erklärt werden. Die Bezugsziffer 30 bezeichnet eine Silikon-Grundplatte hohen Widerstandes, 31 bezeichnet eine p-leitende Schicht, 32 bezeichnet eine η+-Schicht, 33 bezeichnet eine gemeinsame Elektrode, und 34 und 35 bezeichnen Elektroden. Die Oberflächenschicht ist derartig ausgelegt, daß sich durch eine p-n-Verbindung Photoelektrizität entwikkelt. Wenn daher — wie dargestellt — Licht auf die

ίο p-leitende Widerstandsschicht 31 einfällt, werden Ausgangsströme U und Ib von den Elektroden 34 und 35 in Reaktion auf die Einfallsposition erhalten. Falls hiernach die Entfernung zwischen den Elektroden 34 und 35 - /ist, ist der Widerstand = Rl; weiterhin ist die Entfer-

is nung von der Elektrode zur Einfallsposition des Lichtes = χ; sein partieller Widerstand ist Rx und der vom einfallenden Licht Io erzeugte photoelektrische Strom ist

Falls die Widerstandsschicht einheitlich ist, werden folgende Formeln erhalten:

1-^χ

Ib = — ■ Io ■
Wenn daher berechnet wird

von den Ausgangsströmen U und Ib der Elektroden 34 und 15, so wird die Einfallsposition des Lichtes, das ist die Entfernung x, ungeachtet der Einfallsenergie festgestellt, also der einfallende Lichtwert. Nebenbei gesagt wird der einfallende Lichtwert durch die folgende Forniel bestimmt:

Io = Ia + Ib-

Wieder der F i g. 4 zuwendend, bezeichnen in dieser

so die Bezugsziffern 18 und 18' Stromverstärker zur Verstärkung der von den beiden Elektroden 34 und 35 des Lichtempfangselementes 13 ausgehende Ausgangsströme Ia und Ib, und die Ausgänge werden dann V_A und V₈ sein. Die Bezugsziffer 19 kennzeichnet ein Subtrahierglied zu Rechenzwecken (Va — Ve), 21 bzeichnet ein Teilerglied zu Rechenzwecken (V_A- VbM(Va+ V_b) (entsprechend der Formel (4)), 22 bezeichnet eine Regeleinrichtung zur Entfernung der Gleichstrom-Vorspannungskomponente vom Ausgabesigna! des Teilergliedes 21 und dann zur Steuerung eines Linsenantriebs 23 in Reaktion auf das Ausgabesignal — die Einzelheiten sind in Fi>;.6 dargestellt, d.h. die Bezugsziffer 36 bezeichnet einen Gleichrichter. V7 be/cielincl ein Differenzierten, 38 bezeichnet einen Vergleicher, und 39 bezeichnet ein Nuil-Pegeldetektortei!. Das Wechselstromausgabesignal vom Teilerglied wird durch den Gleichrichter 36 in ein Glcichslromsignal verwandelt: ob es positiv oder negativ ist, wird vom Vergleichcr 38 durch

das Differenzierteil 37 beurteilt, und es wird auch beurteilt, ob das oben erwähnte Signal abnimmt oder zunimmt. Falls es zunimmt, wird die Linsenantriebsvorrichting umgekehrt. Wenn das Null-Pegeldctektortei! 39 feststellt, daß besagtes Signal Null wurde, wird ein fokussierter Zustand festgestellt, und die Betätigung des Lins?> antriebes wird gestoppt. Nebenbei gesagt bezeichne? die Bezugsziffer 24 einen Lichtquellenantrieb zum wechselweisen Flackern der lichtemittierenden Elemente 16 und 17.

Da die vorliegende Vorrichtung zur Brennpunktermittlung wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird ein Signal einer, wie z.B. in Fig. 7a gezeigten Amplitude vom Teilerglied 21 ausgegeben, wenn die bildphotographierende Linse 9 in eine fixierte Position gebracht ist und zuerst die Lichtquellen 16 und 17 durch den Lichtquellenantrieb 24 wechselseitig veranlaßt werden, Licht bewegt, um ein fokussiertes Stadium zu erreichen. Zu diesem Zeitpunkt werden, falls der Defokus-Wert d groß ist, die von den lichtemittierenden Elementen 16 und 17 herrührenden Lichtstrahlen, wenn sie vom Objekt reflektiert zurückkehren, von der Linsenfassung od. dgl. beschnitten bzw. unterbrochen, so daß sich der Lichtwert verringert. Im Fall, daß der Defokus-Wert d groß ist, wird daher, falls der vom Lichtempfangselement 13 erhaltene Lichtwert (V,\+ Vb) ermittelt ist und die Linse 9 bewegt wird, so daß dieser Wert größer wird und daher das Lichtempfangselement 13 die Punktbilder Q'a und ζ) β ermitteln kann, die Fokussiergeschwindigkeit erhöht werden können. Nebenbei gesagt können für die lichtemittierenden Elemente 16 und 17 jegliche gewöhnliche Lampen, Leuchtdioden, Laser und Halbleiter-Laser Verwendung finden, aber praktischerweise sollten Infrarot-Leuchtdioden und Infrarot-Halbleiter-

zu emittieren. Hiernach wird die Amplitude dieses Si- Laser bevorzugt werden. Für das Lichtempfangsele-

gnals ein Richtmaß der Verschiebung vom Brennpunkt sein und, falls die Amplitude = 0 ist, bedeutet das einen »Im-Brennpunkt-Zustand«. Wenn daher die bildphotographierende Linse 9 leicht entlang der optischen Achse bewegt wird, wird sich das Ausgabesignal vom Teilerglied 21, wie in Fig. 7b oder 7cgezeigt, verändern. Falls dieses Signal von dem Gleichrichtungsmittel 36 rektifiziert wurde, um ruhig zu sein, wird es sich ändern, um ein, wie in den Fig.7d oder 7e dargestelltes Signal zu sein. Falls es durch das Differenzteil 37 differenziert wird, erhält man die Gradiente der Hüllkurve der Signal ariation. Falls diese Gradiente negativ ist, wird sich die Linse 9 dem Brennpunkt nähern. Falls sie positiv ist, wird die Linse 9 vom Brennpunkt weggeführt. Wenn daher vom Vergleicher beurteilt wird, ob die Gradiente positiv oder negativ ist, wird — falls sie negativ ist, wenn der Linsenantrieb veranlaßt wird, zu arbeiten wie er ist, und falls sie positiv ist, wenn ein Umkehrsignal dem Linsenantrieb hinzugefügt wird — die bildphotographierende Linse 9 zum Brennpunkt bewegt. Sobald die Amplitude = 0 wird, wenn die Bewegung der bildphotographierenden Linse 9 gestoppt wird, ist ein Zustand im Brennpunkt erreicht.

Somit ist der Brennpunkt ermittelt. Nach der vorliegenden Erfindung ist das optische System einfach, da keine Vorrichtung zur Teilung der Pupille erforderlich ist, und da das Lichtempfangselement von einfacher Bauart sein kann, ist das Lichtverarbeitungssystem einfach, und eine Regulierung bzw. Einstellung ist einfach. Das optische System und das Signalverarbeitungssystem sind derartig einfach, daß der gesamte Aufbau einfach ist. Als Ergebnis kann die Einrichtung der vorliegenden Erfindung leicht innerhalb optischer oder medizinischer Instrumente eingebaut werden. Da weiterhin ein Halbleiter-Lichtpositionsanzeiger als Lichtempfangselement verwendet wird, können Signale zur Echtzeit eingegeben werden, als Ergebnis dessen sich die Fokussiergeschwindigkeit erhöht

F i g. 8 zeigt ein Flußdiagramm für den Fall der Benutzung eines einfachen Mikroprozessors für das oben erwähnte Steuerglied 22. Zunächst wird das lichtemittierende Element 16 eingeschaltet, und die Punktbildposition Q'a zu diesem Zeitpunkt wird eingegeben; dann wird das lichtemittierende Element 17 eingeschaltet, und die Punktbildposition Q'_szu diesem Zeitpunkt wird eingegeben. Dann wird die Differenz (Bildverschiebung) O= Q'a — Q'b festgestellt Das Zeichen δ zeigt die Defokussions-Richtung an. Als nächstes wird die Formel (1) errechnet, die Verschiebung δ des Bildes wird in einen Defokussionsbetrag umgewandelt und die Linse 9 wird ment 13 kann nicht nur ein Halbleiter-Laser, sondern auch ein Bild-Sensor des CCD-Typs (Ladungsverschiebungsschaltungen) oder des Metalloxid-Halbleiter-Typs Verwendung finden.

F i g. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Fall, daß das vorangehend erwähnte Prinzip auf ein Epi-Mikroskop angewandt wird. Die Bezugsziffer 40 bezeichnet eine auf einem nicht dargestellten Träger gelegte Probe. 41 bezeichnet ein Objektiv. 42 und 43 bezeichnen Strahlteiler. In diesem Ausführungsbeispiel werden die von den lichtemittierenden Elementen 16 und 17 ausgehenden Strahlen die Mikrolinsen 14 und 15 und den Strahlteiler 43 durchlaufen, werden vom Strahlteiler 42 reflektiert werden, werden durch das Objektiv 41 durchlaufen und werden die Oberfläche der Probe 40 erreichen. Somit werden die Lichtstrahlen der lichtemittierenden Elemente 16 und 17, wenn von der Oberfläche der Probe reflektiert, durch das Objektiv 41 und die Strahlteiler 42 und 43 das Lichtempfangselement 13 erreichen.
In diesem Fall wird das Signalverarbeitungssystem in derselben Weise arbeiten, wie das bereits erläuterte Verarbeitungssystem, jedoch wird durch den Linsenantrieb 23 nicht das Objektiv 41, sondern der die Probe tragende Träger 40 angetrieben. Weiterhin wird, falls die Vergrößerung des Systems einschließlich des Objektivs 41 /?ist, die Verschiebung c/des Trägers durch

d' =

2jtf»tan-|.

von der Formel (1) festgestellt werden können. Nebenbei gesagt gibt es im Fall von Objektiven für Mikroskope einen Linsentyp, der im chromatischen Aberrations-Korrekturweri: anders ist Daher gibt es einen Unterschied in der Fokus-Position zwischen dem Fall der Fokussierung mit sichtbaren Strahlen, jedoch variiert der Unterschied je nach Linsentyp. Im Fall, daß die lichtemittierenden Elemente 16 und 17 sichtbare Strahlen erzeugen, ergibt sich kein Problem. In einem solchen Fall kann das optische System in F i g. 1 von achsenentferntem Licht außerhalb des Gesichtsfeldes gebildet werden.

Die Erfindung bezieht sich zusammenfassend auf eine Vorrichtung zur Brennpunktermittlung für abbildende Einrichtungen und umfaßt eine Lichtquelle, welche abwechselnd ein Paar auf die Oberfläche eines Objektes gerichteter Lichtstrahlen erzeugt, ein auf einer Bildoberfläche angeordnetes Lichtempfangselement das

die Bildposition des auf der Oberfläche reflektierten
Lichtstrahlpaares ermittelt und eine Signalverarbeitungseinrichtung, die die Verschiebung der Bildposition
des Lichtstrahlpaares mit Signalen vom Bildempfangselement ermittelt, um die Ausbildung der gesamten Vorrichtung zu vereinfachen und um die schnelle Scharfeinstellung auch eines dunklen Objektes zu ermöglichen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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15

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25

30

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40

45

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Brennpunktennittlung für abbildende Einrichtungen, bei denen ein Objektbild auf einer 'irorherbestimmten, bildformenden Oberfläche durch ein optisches Objektivsystem abgebildet wird, mit zwei Lichtquellen zur wechselweisen Projizierung dies Lichtes auf ein Objekt einem photoelektrischen Empfänger und mit einer Signalverarbeitungscinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Brennpunktermittlung