DE3406460C2

DE3406460C2 - Automatische Brennpunktermittlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3406460C2
Application number: DE3406460A
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Hachiouji Tokio/Tokyo Horikawa
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1983-02-24
Filing date: 1984-02-23
Publication date: 1986-10-30
Also published as: JPS59155809A; US4633073A; JPH0541965B2; DE3406460A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Brennpunktermittlungsvorrichtung oder Brennpunktsuchvorrichtung mit einer photoelektrischen Wandlereinrichtung, die von einer Anordnung zahlreicher Bauelemente gebildet ist, einem Pupillenteiler, der in der Lage ist, zwei Objektbilder über verschiedene Lichtbahnen auf der photoelektrischen Wandlereinrichtung zu erzeugen, einer Einrichtung zur Feststellung der Brennpunktübereinstimmungslage durch Verarbeitung der Daten zweier Bilder, die als Ausgangssignale aus der Wandlereinrichtung erhalten werden, einer Einrichtung zur Bestimmung der Reziprokzahlen der Ausgangssignale, die durch das Anlegen von gleichmäßigem Licht an die photoelektrische Wandlereinrichtung erhalten werden und einer Einrichtung zur Korrektur der Ausgangssignale zum Feststellen der Brennpunktübereinstimmungslage durch Multiplizieren der Ausgangssignale mit den Reziprokzahlen, um eine genaue Fokussierung zu ermöglichen. Die photoelektrische Wandlereinrichtung ist so angeordnet, daß sie das Licht nach dem Durchgang durch ein Infrarotsperrfilter oder ein Bandfilter empfängt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Brennpunktermittlungsvorrichtung, bei der eine Brennpunktermittlung durch Anordnung einer Pupülen-Teiler-Einrichtung in der Position einer Pupille einer Abbildungslinse zur Abbildung von Objekten oder in einer Position, die der Pupille in bezug auf die Abbildungslinse zugeordnet N\ durch Aufnahme von zwei einzelnen, durch unterschiedliche Lichtbahnen geformten und durch die Pupillen-Teiler-Einrichtung getrennten Objektbildern von einer fotoelektrischen Wandlereinrichtung, bestehend aus einer Anzahl von Wandlerelementen zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die dem von dem Bildelement aufgenommenen Lichtbetr^g entsprechen, zur Umwandlung der beiden Objektbilder in entsprechende fotoelektrische Ausgangssignale, und durch Feststellung der Relativlage der beiden Objektbilder unter Verwendung der fotoelektrischen Ausgangssignale durchgeführt wird.

Eint; solche automatische Brennpunktermittlungs- oder Feststellvorrichtung (Brennpunktsucher) eignet sich für optische Systeme wie Mikroskope und Kameras. Dabei werden Objektbilder von einer photoelektrischen Wandlereinrichtung empfangen, die aus einer Vielzahl von Elementen besteht, es wird ein Auogangssignal. das der empfangenen Lichtmenge entspricht aus den jeweiligen Elementen erhalten und die Feststellung, ob ein erzeugtes Objektbild sich in der Brennpunktlage befindet oder nicht, geschieht auf der Basis dieser Ausgangssignale.

Zu den bisher bekannten Brennpunktermittlungsvorrichtungen dieser Art gehört eine Art von Entfernungsmessern, bei denen eine trigonometrische Messung angewendet wird, sowie ein TTL-System, bei dem ein durch eine Pupille hindurchgehender Lichtschreibstrahl geteilt wird, um zwei Bilder zu erhalten. In jedem von diesen

wird die Korrelation der beiden Bilder digital bestimmt um die Übereinstimmung der beiden Bilder festzustellen, die Übereinstimmung der beiden Bilder wird angezeigt mit dem Extremwert des Korrelatwertes und das Ausmaß der Relativbewegung der beiden Bilder wird zum Phasendifferenzbefrag der Bilder gemacht.

F i g. 1 veranschaulicht ein Beispiel einer solchen automatischen Brennpunktermittlungsvorrichtung gebräuchlicher Art. Die Daten A und B zweier Bilder, die von einem nicht dargestellten Bildfühler aufgenommen

so sind, werden jeweils in ringförmigen Schieberegistern la und \b über einen Probenhaltekreis, einen ebenfalls nicht dargestellten A-D-Wandler oder Wechselstrom/Gldchstromwandler und andere Bauelemente gespeichert. Bei dieser Ausführungsform werden die Bilddaten von 128 Elementen gebildet. Wenn die Daten A und B beider Bilder entsprechend in den Schieberegistern la und \b adressiert sind, werden die Absolutwerte der Differenzen der jeweiligen Elemente durch Stromkreise 2 zur Bestimmung der Absolutwerte der Differenzen bestimmt, und ferner wird die Summe der Absolutwerte durch eine Addiervorrichtung 3 bestimmt, um den Korrelatwert der beiden Bilder zu erhalten. Dann werden die Bilddaten ßdes Schieberegisters 16 durch einen Impuls aus einem Taktgeber CL um ein Element verschoben, und es werden wiederum die Korrelatwerte durch den Schaltkreis 2 und die Addiervorrichtung 3 bestimmt Dann wird jedesmal, wenn die Bilddaten einerseits im Turnus durch den Taktgeber CL verschoben werden, der Korrelatwert bestimmt ferner wird der Extremwert des Korrelatwertes durch einen Spitzendetektor 4 bestimmt; die Stellung, bei der der Extremwert festgestellt wird, ist dann die Brennpunktübereinstimmungsstellung. Auch die Taktzahl wird im Falle des Extremwerts durch einen Zähler 5 bestimmt; diese Taktzahl, d. h. der Verschiebungsbetrag der Bilddaten B des Schieberegisters 1 b ist der Betrag der Phasendifferenz der beiden Bilder, und die Richtung und Größe der Brennpunktsabweichung ist aus dem Phasendifferenzbetrag erkennbar.

Jedoch werden bei dieser bekannten Vorrichtung, wenn die aus dem Bildfühler erhaltenen Bilddaten so gebraucht werden, wie es geschieht, falls die Lichtbeträge der beiden Bilddaten infolge von Exzentrizitäten eines optischen Systems und/oder der Pupille nicht gleichmäßig sind oder falls die Lichtmenge die Verteilungen der beiden Bilddaten infolge einer Verschiedenheit der Stellung zwischen einem Pupillenteiler und der Pupille nicht

gleichmäßig sind, Schwierigkeiten auftreten, die zur Folge haben, daß eine schlechte Fokussierung erfolgt oder die Fokussierung überhaupt nicht möglich ist. Solche Probleme treten auch bei einer automatischen Brennpunktermittlungsvorrichtung anderer Art als derjenigen mit Zwei-Bilderdeckung auf, wobei zwei Bildfühler vor und hinter einer Bilderzeugungsebene angeordnet sind und der Abgleich zweier durch die beiden Bildfühler empfangener Lichtmengen festgestellt wird, um den Brennpunkt zu ermitteln.

i Eine weitere bekannte Brennpunktermittlungsvorrichtung weist einen selbstabtastenden Photowandler auf

': mit mehreren ladungsspeichernden Mikrophotozellen an einer der Bildebene eines Objektivs äquivalenten

' Stelle und einen Abtastkreis zum Abtasten der in einer Reihe angeordneten Mikrophotozellen und zum Erzeu-

V: gen eines Photosignals, das zur Anzeige des Scharfeinstellzustandes des Bildes eines Aufnahmegegenstandes

?, ausgewertet werden kann, und einen zur Überwachung dienenden Lichtempfänger, der von einer ladungsspei-

<.: chernden Photozelle gebildet wird, die in der Nähe der in einer Reihe angeordneten Mikrophotozellen und in

■■ derselben Ebene wie diese angeordnet ist, wobei die Ladungsspeicherzeit des selbstabtastenden Photowandlers

in Abhängigkeit von der in dem Lichtempfänger gespeicherten Ladungsmenge gesteuert wird, die der auf den Lichtempfänger fallenden Lichtmenge entspricht (DE-OS 3131 053).
^: Hierbei wird zur Lösung der voranstehend aufgezeigten Probleme vorgeschlagen, zur Teilung eines Objekt-

bildes ein optisches System zu verwenden, das einen halbdurchlässigen Spiegel aufweist, wob;i das aufgeteilte :. Bild von Bildsensoren aufgenommen wird. Da der Durchlaßgrad und der Reflexionsgrad dieses Spiegels sich

ii nicht 1 :1 verhalten (beispielsweise beträgt der Reflexionsgrad 50% und der Durchlaßgrad 40%), werden,

t obwohl die Strahlen des gleichen Bildes aufgenommen werden, die Ausgangssignale der P;':isensoren nicht

gleich, sondern unausgeglichen sein. Daher ist es notwendig, einen Kontrastkompensstionskrers zur Korrektur Ü der Signalgröße vor dem Brennpunktermitihingskreis anzuordnen.

h Hierbei ist festzustellen, daß sowohl die Diirchflußrate als auch die Reflexionsrate den gleichen Einfluß auf das

i| Bildelement haben und daß daher der Korrekturvorgang so einfach gestaltet werden kann, nämlich daß die

|s Korrektur durch Änderung des Verstärkungsgrades im Schaltkreis durchführbar ist Eine Korrektur für den Fall

|| des Austausches einer Abbildungslinse und der damit verbundenen Exzentrizitäten ist hierbei nicht vorgesehen,

P so daß dieses Korrektursystem bei einer Änderung der Pupilienposition nicht anwendbar ist

H Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine selbsttätige Brennpunktermittlungsvorrichtung zu

Hl schaffen, bei der eine genaue Fokussierung in jedem Fall ausgeführt werden kann, selbst wenn dte Lichtmengen

Il der Daten beider Bilder aufgrund von Exzentrizitäten des optischen Systems und/oder der Pupille und/oder der P Stellungen von Pupillenteller und Pupille nicht zusammenfallen und die Lichtmengenverteilungen der Daten

J! beider Bilder ungleichmäßig werden.

ff Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst Eine Möglichkeit zur

fei weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in Anspruch 2 angegeben.

p Erfindungsgemäß sind eine BilderzeugungsKnse, ein drehbar angeordneter Pupillenteiler in der Nachbarschaft

£i der Pupille der Bilderzeugungslinse angeordnet, wobei ein Teil des durchgehenden Lichtes darauf fällt: ferner

p sind eine photoelektrische Wandlereinrichtung durch Anordnung einer Mehrzahl von Elementen zur Aufnahme

·: zweier durch die Bilderzeugungslinse und den Pupillenteiler zu erzeugender Objektbilder und Umwandlung der

H beiden Objektbilder in photoelektrische Ausgangssignale.vorgesehen, ein Detektorkreis ist mit der photoelekg trischen Wandlereinrichtung verbunden, so daß er die Relativstellungen der beiden Objektbilder auf der Grund- ||} lage der photoelektrischen Ausgangssignale auf der photo^iektrischen Wandlereinrichtung feststellen kann; I^ sowie eine Einrichtung zur Bestimmung der Reziprokwerte der Ausgangssignale, die erhalten werden, wenn die

ψ photoelektrische Wandlereinrichtung von einem Licht gleichmäßig beaufschlagt wird, und eine Einrichtung zum jp·; Multiplizieren der erwähnten photoelektrischen Signale mit den Reziprokwerten, um die erwähnten photoelek-

^? = trischen Signale zu berichtigen.

ji, Die durch Exzentrizität des optischen Systems oder der Pupille und/oder durch den Schlupf der gegenseitigen

R Lage der Pupille und des Pupillenteilers verursachte Verschlechterung der Fokussierungsgenauigkeit kann

!' ί durch die Erfindung beseitigt werden.

ti. Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

ιλ F i g. 1 das Schaltschema eines wesentlichen Teils einer bekannten automatischen Brennpunktermittlungsvor-

g richtung,

|i; F i g. 2A und 2B jeweils das Prinzip eines Pupillenteilerverfahrens, wie es bei einer Ausführungsform der

;* automatischen Brennpunktermittlungsvorrichtung gemäß der F-^fitidung benutzt wird,
J; F i g. 3 eine Gesamtansicht einer Ausführungsform gemäß der Erfindung,

% F i g. 4A und 4B Vorderansichten konkreter Beispiele von Pupillenteilen;, wie sie bei der AusfühtKngsforrr.

i. nach F i g. 3 benutzt sind,

I F i g. 5 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Beziehungen des Phasendifferenzbetrags und des Betrags

f;\ der Brennpunktabweichung zwischen zwei Bildern,

J? F i g. 6 die Darstellung eines Bildfühlers der Ausführungsform nach F i g. J und die Veranschaulichung eines

; Arbeitsverfahrens dafür,

F i g. 7 die Darstellung eines Beispiels der Lichtintensitätsverteilung auf dem Bildfühler,

F i g. 8 und 9 veranschaulichen eine Phasendifferenzrechenmethode von hoher Genauigkeit in der Nähe der Brennpunktslage,

Fig. 10 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Ungleichmäßigkeit der Lichtdatenbildmengen in der vorstehend erwähnten Ausführungsform,

F i g. 11A und 11B veranschaulichen schematisch die Ungleichmäßigkeit der Lichtmengen,

F i g. 13 ist eine perspektivische Darstellung eines anderen Pupillenteilers,

F i g. 14 zeigt ein Flußschema zur Veranschaulichung des Steuer- und Arbeitsverfahrens eines Computers bei der vorstehend behandelten Ausführungsform, und

Fig. 15 ein Blockschema eines Steuer- und Arbeitsschaltkreises einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Fig.2A bis 14 veranschaulichten Ausführungsform erläutert.

Die Fig.2A und 2B zeigen das Prinzip der hierbei angewendeten Pupillenteilung. In Fig.2A bedeutet die Bezugsziffer 6 eine Abbildungslinse, 7 eine Lichtblendenplatte mit einer öffnung Ta nahe der Pupille auf der Vorderseite (Objektseite) der Abbildungslinse 6, und 8 eine Bildebene. Bei der Brennpunktdeckungslage wird ein Bild Q auf der Bildebene erzeugt; bei Brennpunktabweichung dagegen werden dunkle Bilder Q\ und Qi auf der Bildebene 8 erzeugt, und zwar in gegenläufig verschobenen Stellungen, bezogen auf die zu einer optischen

ίο Achse O senkrechten Richtung, bezogen auf das Bild Q, je nachdem, ob die Brennpunktlage sich auf der Vorderseite oder auf der Rückseite der Bildebene 8 befindet. F i g. 2B zeigt den Fall, daß die öffnung Ta der Lichtblendenplatte 7 auf der Rückseite, bezogen auf die optische Achse O, bewegt ist. Bei Brennpunktübereinstimmung, d. h. in der Brennpunktlage, wird das Bild Q' auf der Bildebene 8 erzeugt; dagegen werden bei Brennpunktabweichung dunkle Bilder Q\' und Qi" auf der Bildebene erzeugt, je nachdem, ob die Brennpunktlage sich auf der Vorderseite oder auf der Rückseite der Bildebene 8 befindet. Wenn daher die Aperturöffnung Ta der Lichtblendenplatte 7 beispielsweise von der in F i g. 2A gezeigten Stellung in die in F i g. 2B gezeigte Stellung bewegt wird, so erfolgt bei Brennpunktübereinstimmungslage keine Bewegung der Bilder Q und <?'; wenn aber die Brennpunktisge sich aiii der Vorderseite der Bildebene 8 befindet, bewegt sich das Bild sus der Stellung Q-, in die Stellung Q\ und, wenn die Brennpunktlage sich auf der Rückseite der Bildebene 8 befindet, bewegt sich das Bild aus der Stellung Q₂ in die Stellung Q₂'. Wenn ein sog. Bildsensor oder Bildfühler auf der Bildebene 8 vorgesehen ist, kann der Zustand des Bildes gemessen werden.

Danach können die Unterscheidung, ob die Brennpunktlage sich auf der Vorderseite oder auf der Rückseite der Bildebene 8 befindet, und der Betrag der Brennpunktslagenverschiebung aus der Richtung und dem Betrag der Bewegung (d. h. der Phasendifferenz) des Bildes erkannt werden.

Fig.3 zeigt ein Beispiel, bei dem das vorstehend erörterte Prinzip bei einem Mikroskop angewendet wird. Hier bezeichnet die Bezugsziffer 51 eine Lichtquelle, 52 eine Sammellinse, 53 eine Objektträgerebene, 54 ein Objektiv, 55 einen Strahlteiler zur Leitung eines Teils des Lich'.s aus der Lichtquelle 51 zu einem optischen Brennpunktermittlungssystem, 56 ein Prisma zur Leitung eines Teils des Lichts zu einem Okular 57.59 ist ein Film, 60 eine Relaislinse zur Leitung des Lichts aus dem Strahlteiler 55 zu dem optischen Brennpunktermittlungssystem, 61 eine Linse zur Herstellung einer Pupille, 62 ein Pupillenteiler- der in der Lage der von der Linse 61 gebildeten Pupille angeordnet werden soll. 63 bezeichnet eine Abbildungslinse, die dazu dient, mit dem durch sie hindurchgehenden Licht ein Bild auf einer photoelektrischen Wandlereinrichtung oder einem Bildfühler 65 vermittels eines Filters 64 zu erzeugen; 66 ist eine Pupillenteilerantriebsschaltung und 67 eine Objektträgerantriebsschaltung, beides gesteuert durch einen Mikrocomputer 70; 68 ist eine Bildfühlerantriebsschaltung, 69 eine Grenzflächenschaltung, die dazu dient. Bilddaten aus dem Bildfühler 65 in den Mikrocomputer 70 einzugeben; 71 ist eine Konsole oder ein Steuerpult für die Durchführung einer selbsttätigen Fokussierung. Brennpunktübereinstimmungsanzeige und Unmöglichkeitsanzeige.

Der Mikrocomputer 70 führt den gesamten Korrelationsvorgang und die Beurteilung der Brennpunktübereinstimmungslage aus. Für den Korrelationsrechenvorgang kann ein einziger neuerdings entwickelter und marktgängiger LSI-Schaltkreis verwendet werden.

Die Arbeitsweise dieser Teile ist folgende: Die F i g. 4A und 4B zeigen zwei praktisch mögliche Ausführungsformen des Pupillenteilers zur Teilung eines Lichtstrahles, der durch die Pupille hindurchgeht, um zwei Bilder zu erzeugen. F i g. 4A zeigt einen Pupillenteiler, bei halbkreisbogenförmige Lichtblenden (schraffiert) 62a und 62b auf einer durchsichtigen Glasscheibe vorgesehen sind, so daß wenn die Scheibe um eine Achse O gedreht wird, die Hälften der Pupille 9 abwechselnd geöffnet und geschlossen werden. F i g. 4 zeigt einen sektorförmigen Pupillenteiler mit zwei bogenförmigen öffnungen 10a und iOb, so daß, wenn der Sektor hin- und hergehend um die Achse O geschwenkt wird, die Hälften der Pupille abwechselnd geöffnet und geschlossen werden. Der Fall von F i g. 4A ist für ein Verfahren gedacht, bei dem ein Bild von dem Bildfühler 65 in Abhängigkeit von einem synchronisierten Signal aufgenommen wird, das mit der Drehung des Pupillenteilers synchronisiert ist, während der PupillenteüiT 62 gedreht wird. F i g. 4B entspricht einem Verfahren, bei dem ein Bild von dem Bildfühler 65 synchron mit der Bewegung des Pupillenteilers 62 aufgenommen wird, der durch eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise einen Mikrocomputer, angetrieben wird. Somit können mit einem Pupillenteiler 62, wie vorstehend beschrieben, die in Fig.2A und 2B gezeigten Zustände herbeigeführt und die Bilddaten in den entsprechenden Zuständen durch den BUdfühler 65 erhalten werden.

Im allgemeinen befindet sich das zu fokussierende Objekt oder die zu fokussierende Probe nicht immer in der Mitte des Sichtfeldes. Daher ist es erwünscht, daß der Bildfühler 65 nicht nur die Mitte des Gesichtsfeldes, sondern auch einen Bereich, der so breit wie möglich ist, abdeckt Wenn jedoch das Gesamtgesichtsfeld abgedeckt werden soll, muß die Anzahl der Elemente des Bildfühlers entsprechend vergrößert werden, weil, um die Fokussierungsgenauigkeit konstant zu halten, die Schrittlänge der Elemente in einer bestimmten Größe gehalten werden muß.

Dies soll im folgenden erläutert werden. F i g. 5 ist eine Darstellung, welche die Relationen des Phasendifferenzbetrages und des Betrages der Brennpunktabweichung zwischen zwei Bildern veranschaulicht Um die Erklärung zu vereinfachen, soll hier ein punktartiges Bild in Betracht gezogen werden. Die Bezugsziffer 13 bezeichnet die optische Achse eines optischen Systems. Es wird angenommen, daß durch das optische System ein Punktbild 11 erzeugt wird, wobei die numerische Apertur der Ausgangsscite NA'isl. Wenn nun der Bildsensor 12 sich in der an der Brennpunktabweichung odentsprechenden Stellung befindet, werden zwei Bilder IM und 11B mit einer Phasendifferenz 5p erzeugt und daher besteht zwischen od und 5p die Beziehung

(1)

Nunmehr sei die Fokussierungsgenauigkeit im Falle der Benutzung eines Objetivs 10 χ betrachtet. Wenn die numerische Apertur des Objektivs 10 χ gleich 0,04 ist, beträgt die numerische Apertur NA'0,04, und es läßt sich die Beziehung

ad = 25 Sp (2)

aus der Formel (1) ableiten. Andererseits wird die Schärfentiefe ides Objektivs 1Ox dargestellt durch

worin ε ein zulässiger Zerstreuungskreis ist. Wenn daher ε = 0,05 mm (was einer Auflösungsleistung von 20/mm 15 £|

entspricht), so ist |

t = 1,25 (4)

da die Auflösungsgenauigkeit innerhalb dieser Schärfentiefe gefordert wird, wenn

Od = y (5)

so wird

öd = 0,625 mm (6)

erhalten, und ferner wird

30 Sp = 26 μπι (7)

erhalten.

Um diesen Phasendifferenzbetrag des Bildes mit einer hohen Genauigkeit zu erhalten, ist es notwendig, daß die Schrittlänge der Diodengruppen des Bildfühlers 12 etwa 25 μηι beträgt. Wie oben wird die Schrittlänge der Diodengruppe des Bildfühlers 12 in Abhängigkeit von der geforderten Fokussiergenauigkeit bestimmt. In diesem Faii beträgt, wenn ein Biidfühier mit 128 Diodengruppen benutzt wird, der Bereich, der von dem Bildfühler 12 abgedeckt werden kann, 128 χ 0,025 = 3,2 mm, was um soviel kleiner ist als die Sichtfeldzahl 21 (Sichtfelddurchmesser 21 mm), daß die Fokussierung dadurch vorgenommen werden muß, daß das zu fokussierende Objekt zu der Stelle (im allgemeinen in die Mitte) des Bildfühlers bewegt wird. ·>ϋ

F i g. 6 zeigt den bei dieser Ausführungsform zu benutzenden Bildfühler und veranschaulicht eine Methode zur Verarbeitung der aufgenommenen Bilddaten. Das bedeutet, daß in dieser Ausführungsform der zu benutzende Bildfühler 65 512 Photodiodengruppen haben muß. Diesem Bildfühler entsprechend gilt 512 χ 0,025 — 12,8 mm; demgemäß kann ein beträchtlicher Teil des Sichtfeldes abgedeckt werden. Wenn der Korrelationsvorgang unter Verwendung aller Elemente (Diodengruppen) durchgeführt wird, wird die Arbeitszeit außerordentlich lang. Das aber hat keinen Sinn. Daher werden die 512 Elemente in fünf Abschnitte A bis E zu je 128 Elementen aufgeteilt, und der Korrelationsvorgang wird in demjenigen mit dem höchsten Kontrast durchgeführt.

Ein Beispiel für die Kontrastrechnungsmethode wird anschließend erläutert: Die allgemein bekannte Auswertungsfunktion zur Kontrastbestimmung, falls f(x) einen Ausgang aus dem x-ten Element des Fühlers 65 bezeich- net.

C = £ l/W-/(x+Dl oder

)

Im Falle dieser Ausführungsform mag — zum Unterschied von der Fokussierung durch eine Kontrastmethode, bei der es erforderlich ist, die Kontrastvariation mit höchster Genauigkeit zu kennen — die relative Kontrastintensität zwischen den entsprechenden Abschnitten bekannt sein, so daß es nicht immer notwendig ist, ω die Differenz zwischen den Ausgängen aus zwei benachbarten Elementen zu errechnen. Wenn z. B. die Bezie-

C = X 1/(JC)-/(.ν +5)1

(worin jj bedeutet, daß .ν für jedesmal vier Elemente zu berechnen ist ), so lautet die Berechnung des Abschnitts A

I «4

C= 1' l/W-/(jf+l)l-l/(64)-/(69)|+ ■·· +|/(184)-/(188)|.

Der Absolutwert der Differenz kann während der Berechnung 31 mal addiert werden. Bei der herkömmlichen Berechnungsmethode muß er 121 mal addiert werden.

Im übrigen wird der Absolutwert der Differenz zwischen den Werten eines Paares von Elementen in Stellungen, die voneinander durch fünf Elemente getrennt sind, hier jeweils nach vier Elementen errechnet, um die Kontrastempfindlichkeit höher zu machen, als wenn nur nach jeweils vier Elementen der Absolutwert der Differenz zwischen den Werten eines Paars einander benachbarter Elemente errechnet würde. Beispielsweise im Falle dieser Ausführungsform wäre die Vergleichsrechnung auf der Basis der I.ichtintensitätsverteüung .'auf dem in F i g. 7 gezeigten Bildfühler

C = I /-(64) - /(69)| + I /(68) - /(73)1 = | 13—3Oj + | 25—60| = 52 Im herkömmlichen Fall aber ist
C = I /(64) - /(65)! + I f(68) - /(69)| = | 13-14| + | 25—30| = 6

Somit ist die Kontrastempfindlichkeit im Falle dieser Ausführungsform höher als in dem gebräuchlichen Fall. Ferner ist es im Falle, daß um den Berechnungsbetrag zu verkleinern, die Differenz zwischen den Werten eines Elementpaars in Stellungen, die voneinander durch X-Elemente getrennt sind, bestimmt und nach jeweils K-Elementen berechnet wird, vorzuziehen, daß X > Y. Für den Fall dieser Ausführungsform bedeutet das X = 5 > 4 =. Y.

Im übrigen können die für die vorstehend erwähnte Funktion /benutzten Daten sowohl den Bilddaten VaIs auch den Bilddaten B entsprechen.

Somit werden die Kontraste der Abschnitte A, B, C, D und E durch eine Methode, wie oben beschrieben, errechnet und der beste Kontrast von diesen ausgewählt. Jedoch überlappen sich hier, wie aus F i g. 6 zu ersehen,

die Abschnitte A und B miteinander im Bereich von 128 bis 192 Elementen. Daher können, um unnütze I Rechenvorgänge zu vermeiden, die Kontraste von 64 bis 128 Elementen, 128 bis 192 Elementen und 192 bis 256 I

Elementen jeweils errechnet werden, der Kontrast des Abschnitts A kann behandelt werden als die Summe der Kontraste von 64 bis 128 Elementen und 128 bis 192 Elementen, und der Kontrast des Abschnitts B kann behandelt werden als die Summe der Kontraste von 128 bis 192 Elementen und von 192 bis 256 Elementen. Die Abschnitte A, B, C, D und E überlappen sich jeweils miteinander zur Hälfte, so daß selbst wen ein Teil vorhanden ist, in welchem die Bildintensitätsschwankung merklich an der Grenze zwischen den Abschnitten liegt, die Abschnitte, welche die Schwankung enthalten, bestimmt werden können. Falls z. B. ein Teil vorhanden ist, in welchem die Bildintensitätsschwankung an der Grenze zwischen den Abschnitten A und B, d. h. nahe dem Element 192, merklich ist, kann die gesamte Information nicht in dem Abschnitt A oder C benutzt werden; wenn aber der Abschnitt B designiert ist, wird die gesamte Information in dem Abschnitt B enthalten sein. Die zur Durchführung des Kontrastbestimmungsvorgangs erforderliche Zeit kann auf diese Weise um soviel kürzer sein als für den Korrelationsvorgang, daß die Arbeitszeit dieser Ausführungsform die Korrelationsvorgangszeit von nur dem Element 128 + etwa der Zeitspanne α sein kann. Ferner sind die Abschnitte nicht auf beiden Seiten für jeweils 64 Elemente ausgebildet, so daß im Fall der Berechnung der Korrelation durch Verschieben der Bilder das, was in F i g. 1 veranschaulicht ist, nicht einzutreten braucht

Wenn die Verarbeitung, wie oben beschrieben, durchgeführt wird, selbst wenn das Objekt oder die zu fokussierende Probe nicht immer in der Mitte des Sichtfeldes liegt — wird derjenige Teil (Abschnitt), in welchem das Bild des zu photographierenden Objektes sich befindet, automatisch ausgewählt und der Brennpunkt festgestellt Dazu ist es nicht notwendig, einen speziellen Abschnitt zu bestimmen und es kann ein Teil, der die für den Korrelationsvorgang benötigte Photodiodengruppe enthält durch den Kontrast od. dgl. aus den zahlreichen Photodiodengruppen des Bildfühlers ausgewählt werden, der so angeordnet ist, daß er den größeren Teil des Sichtfeldes abdeckt Auch kann eine Marke od. dgl. in dem Beobachtungssichtfeld so angeordnet werden, daß sie von Hand eingestellt werden kann. Somit kann, selbst wenn ein kubisches Objekt oder Staub in dem Sichtfeld vorhanden ist das gewünschte, zu fokussierende Objekt fokussiert werden.

Der gesamte Vorgang kann wie folgt erläutert werden. Zunächst werden die beiden Bilddaten A und B aus dem Bildfühler 65 in Fig.3 in dem Speicher des Mikrocomputers 70 über die Grenzflächenschaltung 69 gespeichert Der Abschnitt mit dem höchsten Kontrast wird aus den fünf Abschnitten ausgewählt und die Korrelation durch die Bilddaten des gewählten Abschnittes durchgeführt Es wird nun zum Zweck der Erläuterung angenommen, daß der Abschnitt A in F i g. G gewählt wird.

Der Korrelationsvorgang wird durchgeführt, während die den beiden in dem Speicher gespeicherten Bildern entsprechenden Bilddaten A und B um jeweils ein Element weitergeschoben werden, und je nachdem, um wieviele Elemente die Bilddaten verschoben werden, um die Bilder miteinander zu überlappen, läßt sich der zu bestimmende Phasendifferenzbetrag der Bilder beurteilen. Die Korrelationsformel lautet beispielsweise

Rio) ^ ^ ABS I/, U) --f_H(χ + Ö) I,

(8)

worin ABS einen Absolutwert darstellt und die Funktionen h(x) und fg(x) stellen jeweils die Werte des x-ten Elementes der Bilddaten A und B dar. Aufgrund des Satzes der Funktionen Fa und /a rf, d. h. ö\ wenn rf variiert wird bis R(O) ein Minimum wird, wird eine Phasendifferenz hergestellt. Auch in diesem Beispiel isl -64 < rf < 64.

Der Bereich dieses Wertes rf kann so eng an die Übereinstimmung mit dem Brennpunkt herangelegt werden, so daß sich eine kurze Operationszeit ergibt

Der tatsächliche Wert von rf entspricht nur dem Wert jedes Elementes des Bildsensors. Daher werden zur genaueren Feststellung des Brennpunkts diskrete Korrelationswerte mit einer Kurve angenähert, die Phasendifferenz zwischen den Bildern mit einer Genauigkeit zu bestimmen, die kleiner ist als ein Element (F i g. 8) oder es kann eine zweite Näherungskurve unter Verwendung von rfbezeichnet werden, d. h. rf', wenn R(o)e\n Minimum r> ist und die drei Punkte ο, ρ und q vor und hinter rf'liegen, um die Phasendifferenz zu bestimmen (F i g. 9).

Als Ergebnis des Vorstehenden kann die Operationszeit kaum vergrößert werden, wogegen der größere Teil des Sichtfelds abgedeckt wird und die Fokussierungsgenauigkeit aufrechterhalten bleibt.

In dem obigen Beispiel wird der Betrag der Brennpunktabweichung, wenn rf im Bereich von —64 bis 64 liegt, 0,625 χ 64 = 40 mm aus der Formel (6) ausmachen; auf der Objektivseite wird der 40/10² = 0,4 = 400 μπι und daher ±400 μπι betragen. Falls ein Brennpunktabweichungsbetrag in einem Bereich, der breiter ist als der Bereich von —64 bis 64 in den Feststellbereich gebracht werden soll, ist es zu überlegen, den Bereich von rf zu vergrößern; dies ist aber nicht vorzuziehen, weil dann der Berechnungsbereich zunehmen würde. Ferner wird es ohne Bedeutung sein, falls der Brennpunktabweichungsbereich so groß ist selbst wenn eine Berechnung mit so hoher Genauigkeit wie oben erwähnt durchgeführt wird.

Daher werden bei dieser Ausführungsform der Kontrast und das Korrelat unter Verwendung von Daten nach jeweils einigen Elementen innerhalb der als Bilddaten eingegebenen Daten berechnet. Konkret gesprochen: Es mag überlegt werden, daß, wenn Daten nach jeweils fünf Elementen benutzt werden sollen, nur /(0), /(5), /(10),... /(505), /(510) aus den Daten /(0), /(1), /(2)... /(510), /(511) die zu benutzenden Daten sind. Praktisch werden zum Zeitpunkt der Errechnung nur die Daten nach jeweils fünf Elementen benutzt. Zum Beispiel mag die Formel (8) folgende Gestalt annehmen

R(ö) = ^ |/.,(96 + 4n)-/_s(96 + 4n + <5)|. (9)

"""

in diesem Fail ist der Betrag der Brennpunktsabweichung so groß und das Bild so dunkel oder undeutlich, daß nur Komponenten von niedriger Frequenz vorhanden sind und daher der Block nicht geteilt oder dividiert wird. Dagegen kann, wenn notwendig, der Abschnitt geteilt oder dividiert werden. Der Schwankungsbetrag von rf wird in diesem Fall alle fünf Elemente berechnen. Daher können, wenn der Bereich rf beispielsweise — 200 < rf < 200 gemacht wird, die Zeitpunkte der Korrelatberechnung auf so wenige wie 81 Zeitpunkte reduziert werden. Der Feststellbereich wird ± 1,25 mm betragen.

Wie oben wird, wenn die Bilddaten nach jeweils mehreren Elementen benutzt werden, der Feststellbti eich erweitert, ohne den Rechnungsbetrag zu vergrößern. Wenn also der Brennpunktabweichungsbetrag groß ist sobald die Brennpunktlage in die Nähe der Bildebene gebracht wird, in dem die Berechnung nach jeweils mehreren Elementen unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Genauigkeit durchgeführt wird, kann eine selbsttätige Brennpunktermittlung über einen breiteren Bereich und mit höherer Genauigkeit ausgeführt werden.

Ferner kann, falls der Betrag der Brennpunktabweichung groß ist, der Objektträger bewegt werden, während nur der Kontrast aus den Bilddaten berechnet wird, und wenn der Kontrast einen vorbestimmten Wert erreicht, kann die Fokussierung durch die Korrelation ausgeführt werden. In diesem Fall wird, wenn der Kontrast nicht oberhalb des vorbestimmten Werts liegt, die Korrelationsberechnung mit Wahrscheinlichkeit eine schlechte Bildphasenlage ergchen. Daher kann dieser vorbestimmte Wert als ein Kriterium zur Beurteilung der Frage benutzt werden, ob die Korrelation berechnet werden soll oder nicht

Es braucht nicht besonders erwähnt zu werden, daß im Falle einer Fokussiervorrichtung für ein Kamerasystem das optische System mit einem Antrieb versehen sein sollte.

Wenn im Fall der oben erwähnten Ausführungsform der durch die Pupille gehende Schreibstrahl geteilt wird, um zwei Bilder zu erhalten, kann es vorkommen, daß die Lichtmengen der Bilddaten A und B infolge der Exzentrizitäten des optischen Systems oder der Pupille verschieden sind. Insbesondere wenn das Fokussiersystem ein Zusatzgerät ist können leicht Schwierigkeiten auftreten. Ferner werden die Lichtmengen der Bilddaten, ω falls der Pupillenteiler sich nicht in der Pupillensteliung befindet ungleichmäßig sein, wie in F i g. 10 dargestellt Die Fig. HA und HB sind schematische Darstellungen zu Erläuterung solcher ungleichmäßiger Lichtmengen. Im Falle der Fig. 11A, wo die Pupille und der Pupillenteiler für die entsprechenden Bildhöhen h, i und j miteinander übereinstimmen, sind die durch die Pupille gehenden Lichtmengen alle gleich a. Im Falle der F i g. i iB, wo die Pupille und der Pupillenteüer nicht miteinander für die entsprechenden Bildhöhen h, i und j übereinstimmen, sind die durch die Pupille gehenden Lichtmengen b, a und c nicht gleich und es kommt zu einer Ungleichmäßigkeit oder Versetzung der Lichtmenger.

Wenn eine Lichtmengendifferenz und eine Lichtmengenversetzung dieser Art vorhanden ist, verschlechtert sich die Übereinstimmung der beiden Bilder mit den Bilddaten A und B und die Genauigkeit wird infolge des Korrelationsprozesses verringert Daher wird eine Korrektur erforderlich. Beispielsweise wird zur Korrektur häufig ein Verfahren zur Beseitigung des festen Störmusters des Bildfühlers benutzt.

Es ist dies ein Verfahren, bei dem der BildfOhler vor der Aufnahme der Bilddaten einem gleichmäßigen Licht ausgesetzt wird. Wenn das einfallende Licht gleichmäßig ist, werden die Bilddaten selbst ein festes Störmuster. Wenn daher ein Korrekturkoeffizient aus einer Reziprokzahl eingeführt wird, kann der Einfluß des festen Stönnusters durch Multiplizieren der Bilddaten mit dem Korrekturkoeffizienten beseitigt werden. Im Falle dieser Ausführungsform werden die Bilddaten A und B, wenn sie mittels des Durchganges gleichmäßigen Lichtes

ίο durch das optische Fokussiersystem erhalten werden, solche mit ungleichen Lichtmengen wie F i g. 10 infolge von Exzentrizität od. dgL Wenn nun ein Korrekturkoeffizient aus der Reziprokzahi od. dgL gewonnen und der gleiche Prozeß durchgeführt wird, kann der Einfluß der Lichtmengenungleichmäßigkeit beseitigt werden. Selbst wenn eine Lichtmengendifferenz vorhanden ist, sobald der gleiche Prozeß durch das optische Fokussiersystem bewirkt wird, kann derselbe Effekt zustandegebracht und das feste Störmuster des Bildfühlers zufällig beseitigt werden. Als ein konkretes Verfahren, den Bildfühler einem gleichmäßigen licht auszusetzen, besteht die einfache Möglichkeit, die Bilddaten einzugeben, während keine Probe auf den Objektträger 53 gelegt ist

Wie bei der obenerwähnten Korrektur ist es erforderlich, die Daten einmal mit gleichmäßigem Licht einzugeben. Dies ist unschwer durchführbar. Falls aber die Korrekturdaten nicht eingegeben werden sollen, kann die Korrektur auf rechnerischem Wege ausgeführt werden. F i g. 12 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines seichen Verfahrens. Dabei wird die X-Achse in Richtung der Fühiergruppen und die y-Achse in Richtung der Bilddatenintensität angenommen. Wie sich aus der Erläuterung von Fig. 10 ergab, können die Werte der Bilddaten A und B als gerade linie mit einem festen Gradienten angesehen werden. Wenn nun die Werte der Bilddaten A und B U bzw. l_B sind, dann ist der Gradient des Wertes 1_A der Bilddatenangabe A gleich ß_A, und der Durchschnittswert von U ist U; die auf die Bilddaten A bezogene Formel lautet

Hier schwankt der Gradient ß_A mit der Lichtmenge, er kann aber durch Einführung einer Konstanten K wie folgt bestimmt werden

,

Die Konstante K wird bestimmt durch die Eigenschaften des optischen Systems und kann vorab gemessen werden. Wenn der Durchschnitt der lichtmengen aus den. Bilddaten A und B !^ ist, beträgt der Korrekturkoeffizient Λ

_ - I°ii - l«n . 1 — —ι

T~^J

Auf diese Weise kann die Lichtmengendifferenz und die Lichtmengenversetzung korrigiert werden. Wie oben können der Einfluß der Exzentrizitäten des optischen Systems und/oder der Pupille und der Einfluß der Nichtübereinstimmung der Lagen der Pupille und des Pupillenteilers durch Verwendung eines gleichmäßi gen Lichtes oder auf rechnerischem Wege korrigiert und beseitigt werden. Im Endeffekt wird eine Verbesserung der Fokussiergenauigkeit erreicht und der Feststellbereich erweitert Ferner kann die Einrichtung zur Feststellung der Brennpunktlage oder de." Brennpunktsucher in Form eines Zusatzgeräts benutzt werden. Der wichtigste Effekt besteht darin, daß verschiedene Arten von Objektiven mit verschiedenen Vergrößerungen bei unterschiedlicher Pupillenlage benutzt werden können.

so Wenn, wie bei Mikroskopen, verschiedene Arten von Objektiven benutzt werden, wird die Pupillenlage bei den jeweiligen Objektiven verschieden sein, weswegen es schwierig wird, den Pupillenteiler für alle Objektive richtig in die Pupillenlage einzustellen. Eine Möglichkeit zur Lösung dieser Schwierigkeit besteht in einem Verfahren, bei dem die jeweiligen Pupillenteiler in den Pupillenstellungen der jeweiligen Objektive vorgesehen werden. Es braucht kaum erwähnt zu werden, daß in diesem Fall dafür gesorgt wird, daß, während ein Pupillen teiler benutzt wird, die anderen Pupillenteiler niemals das durch die Pupille gehende Licht schneiden. Beispiels weise können, wie in Fig. 13 gezeigt, zwei gleiche Pupillenteiler, wie in 4B gezeigt, in Verbindung miteinander benutzt werden.

In Fig.3 ist das Filter 64 ein Infrarotsperrfilter oder ein Bandfilter, das dazu dient, die Brennpunktverschiebung zu verhindern, die sich deswegen ergibt, daß die Spektralempfindlichkeit und die Spektralverteilung des

Bildfühlers 65 und der Lichtquelle von der Leuchteffizienz verschieden sind.

Falls eine solche Kontrolle der automatischen Fokussiereinrichtung erfolgt und der Arbeitsvorgang wie oben beschrieben durchgeführt wird, sind das Verfahren mittels eines Mikrocomputers und die Prozeßeinheit für einen Arbeitsvorgang besonders leicht ausführbar und besonders billig. Mit Bezug hierauf soll eine zusätzliche Erläuterung anhand des in Fig. 14 dargcslellien FluB.sehcinas für den grundsätzlichen l'all gegeben werden.

b5 Wenn der Fokussiervorgang eingeleitet wird, wird zunächst geprüft, ob der Zustand des Mikroskops dem Fokussiervorgang angepaßt ist oder nicht, und es werden die Art und Vergrößerung des Objektes unterschiedlich behandelt, weil im Falle einer Korrektur der Lichtmengenungleichmäßigkeit oder Versetzung die Parameter verschieden sind je nach Art und Vergrößerung des verwendeten Objektivs, und weil der Umwandlungskoeffi-

zient für die Umwandlung des Betrages der Phasendifferenz zwischen zwei Bildern in die Größe der Bewegung des Objektträgers je nach der Vergrößerung verschieden ist (siehe Formel (I)). Als nächstes werden die Daten der Funktionen /χ und /β vom Bildsensor erhalten, um im Speicher abgespeichert zu werden. Hiernach erfolgt die Korrektur der Gleichmäßigkeit der Lichtmenge, und die Daten werden wiederum im Speicher abgespeichert Da das Bild weit außerhalb des Brennpunktes liegen kann, wenn die Bremipunkteinstellung beginnt wird die Brennpunktposition annähernd durch die Korrelationsberechnung aller fünf Elemente ermittelt (siehe Formel (9)). Dann wird der durch die Korrelation bestimmte Betrag der Phasendifferenz zwischen zwei Bildern umgewandelt in eine Bewegungsgröße des Objektträgers, und der Objektträger wird bewegt Dann werden wiederum die Daten der Funktionen /χ und fs gewonnen und die Korrektur wird durchgeführt Dann wird durch Kontrastauswertung der Block bestimmt Falls nicht der Kontrast oberhalb des bestimmten Wertes liegt wird die Zuverlässigkeit des durch die Korrelation gewonnenen Ergebnisses gering sein. Daher wird nochmals die Fünf-Elemente-Korrelation durchgeführt, um eine Annäherung des Objektträgers an die Brennpunktlage zu erhalten. Selbst wenn eine solche Operation mehrmals ausgeführt wird, wird der Kontrast der Probe, falls der Kontrast nicht ansteigt, zu niedrig sein, und daher wird die Unmöglichkeitsanzeige gemacht Wenn der Kontrast über dem vorbestimmten Wert liegt wird die Korrelation in dem Block berechnet und der Objektträger wird in die mit dem Brennpunkt übereinstimmende Lage bewegt Um die Obereinstimmung mit dem Brennpunkt zu bestätigen, werden nochmals die Funktionen /χ und fe gewonnen und die Korrelation berechnet Nunmehr wird das Bild, wenn der Betrag der Phasendifferenz zwischen zwei Bildern einen Wert innerhalb der Fokaltiefe hat sich in der mit dem Brennpunkt übereinstimmenden Lage befinden und der Objektträger wird nicht mehr bewegt Liegt der Phasendiff erenzbetrae außerhalb der Fokaltiefe. wird die deiche Operation nochmals wiederholt

Das Vorstehende ist eine Erläuterung für den häufigsten grundsätzlichen Vorgang:

Sicherheitsvorkehrungen für Fehler wie die, daß überhaupt keine Probe da ist oder daß die Vorrichtung versagt werden in dem aktuellen Programm in Betracht gezogen.

Auch der Betrag der Phasendifferenz zwischen zwei Bildern kann dazu benutzt werden, um eine Entscheidung über den Wechsel von der 5-Element-Korrelation zu der 1-Element-Korrelation zu treffen. In dem obigen Beispiel wurde zwar der Bereich von —200 ^ δ S 200 nach jeweils fünf Elementen berechnet; wenn aber der Wert δ, bei dem die Korrelation R(S) den Mindestwert aufweist, — 200 S δ' ^ 200 beträgt wird die 1 -Elemente-Korrelation durchgeführt, nachdem sich der Objektträger aus diesem Bereich herausbewegt hat In diesem Fall wäre es besser, die Entscheidungsbedingungen ziemlich klein einzusetzen, indem der Bereich des berechneten δ — 180 2 δ' ;£ 18ö beträgt weil im Falle, daß die Brennpunktabweichung groß ist das den Kleinstwert einnehmende if irrtümlich aufgrund des Rauschens od. dgL bestimmt werden könnte.

F i'g. 15 veranschaulicht die Steuerschaltung eines Beispiels, bei dem andere als die zentrale Prozeßeinheit als Geräteteiler ausgebildet sind, wie die zweite Ausführungsform. Dies sei im folgenden erläutert: Zunächst arbeitet die Pupillenteilerantriebsvorrichtung 66 mit dem aus der Konsole 71 kommenden Fokussierungsstartsignal und die Bilddaten A werden durch den Bildfühler 65 erhalten. Der Bildfühler 65 beginnt die Abtastung der Bilder mittels der Bildfühlerantriebsvorrichtung 68 synchron mit dem Pupillenteiler 62. Zu diesem Zeitpunkt wird, falls der Bildfühler 65 ein akkumulierender Bildfühler ist (im allgemeinen gehört eine Festkörper-Aufnahmevorrichtung zu dieser Art), eine leere Ablesung durchgeführt, um einmal die vorher akkumulierten Signale zu löschen.

Die aus dem Bildsensor 65 kontinuierlich herausgelesenen Bilddaten A werden in einem ersten Speicher 39 über eine Probenhaltevorrichtung 31, einen Wechselstrom-Gleichstromwandler 32 und eine Schaltvorrichtung 33 herausgelesen. Dann werden die Bilddaten A mittels des vorher in einem Speicher 34 datengespeicherten Korrekturkoeffizienteii berichtigt, wie weiter unten beschrieben und werden dann wieder in dem ersten Speicher 39 gespeichert. Die Daten des Korrekturkoeffizienten werden durch Multiplizieren der reziproken Glieder der oben beschriebenen, vom dem Bildfühler mit einem gleichmäßigen Lichteinfall vorher aufgenommenen Bilddaten mit dem Durchschnittswert der erhaltenen Bilddaten A und B. Nunmehr soll der Fall des aus 512 Elementen bestehenden Bildfühlers betrachtet werden. Die Bilddaten A und B bestehen aus 1024 Bildelementen über 0 bis 1023 Elemente. Die Bilddaten A und B werden jeweils mit 0 bis 511 Elementen und 512 bis 1023 Elementen erhalten. Wenn der Wert des η-ten Elements, der mit dem gleichmäßigen Licht erhaltenen Bilddaten, wenn keine Probe vorhanden ist Xn beträgt, dann beträgt der Korrekturkoeffizient k„ des η-ten Elements

1023

n-0 1024

Wenn die Bilddaten A dann in dem ersten Speicher 39 gespeichert sind, befindet sich der Pupillenteiler 62 in dem Zustand des Aufnehmens der Bilddaten B, und die Bilddaten B werden korrigiert und in einem zweiten Speicher 40 in derselben Weise gespeichert wie die Bilddaten A.

Es soll nun erläutert werden, wie der Korrekturkoeffizient gewonnen wird. Zunächst wird die Lichtquelle 51, ohne daß eine Probe auf dem Objektträger 53 liegt, zum Aufleuchten gebracht und die Helligkeit der Lichtquelle 51 so eingestellt, daß eine einwandfreie Beleuchtung erhalten wird. Wenn in diesem Zustand ein nicht dargestellter Korrekturbedienungsschalter geschlossen wird, wird ein Steuersignal in die Pupillentrciberantriebsvorrich- (is tung 66 aus der zentralen Verarbeitungseinheil 46 eingegeben, so daß der Pupillenteiler 62 beispielsweise in die in Fig.4A gezeigte Stellung bewegt wird. Bei diesem Zustand des Pupillenteilers 62 fällt das durch die obere Hälfte der Pupille 9 geleitete Licht auf den Bildfühler 65. Andererseits wird der Bildfühler 65 durch die

BildfOhlerantriebsvorrichtung 68 vermittels eines Steuersignals aus der zentralen Verarbeitungseinheit 46 so bewegt daß er das in dem Bildfühler 65 angesammelte Bildsignal herausliest Das so herausgelesene Bildsignal wird durch die Probenh£tltevorrichtung31 festgehalten und durch den A/D-iWechselstrom/Gleichstrom-JWandler 32 in Digitalsignale umgewandelt Andererseits verbindet die Schaltvorrichtung 33 den A/D-Wandler 32 mit einem Speicher 34, der zwei Bereiche aufweist, vermittels eines Steuersignals aus der zentralen Verarbeitungseinheit 46.

Dementsprechend werden die durch den A/D-Wandler 32 digitalisierten Bilddaten in dem ersten Bereich des Speichers 34 gespeichert Der erste Bereich des Speichers 34 hat Speicherzellen in gleicher Zahl wie der Bildfühler 65 Bildelemente aufweist und daher werden die Signale aus den jeweiligen Elementen in den ihnen

ίο entsprechenden Stellen ,gespeichert. Als nächstes wird der Pupillenteiler 62 durch die Pupillenteilerantriebsvorrichtung 66 um 180° gedreht; dies geschieht mittels eines Steuersignals aus der zentralen Verarbeitungseinheit 46, um auf diese Weise das durch die untere Hälfte der Pupille 9 hindurchgehende Licht auf den Bildfühler 65 fallen zu lassen. Die durch dieses licht erhaltenen Bilddaten werden in dem zweiten Bereich des Speichers 34 in derselben Weise wie oben beschrieben gespeichert. Wenn bei dieser Ausführungsform 512 die Zahl der Biidelemente ist können die hier in dem ersten Bereich des Speichers 34 gespeicherten Bilddaten als Ab,.--, Asu bezeichnet werden und die in dem zweiten Bereich des Speichers 34 gespeicherten als Xsn,---, X\<m- Die in dem Speicher 34 gespeicherten Daten werden im Turnus aus dem ersten und zweiten Bereich mit Hilfe von Instruktionen oder Befehlen aus einer Adressiervorrichtung 38 herausgelesen, die durch Steuersignale aus der zentralen Verarbeitungieinheit 46 betätigt wird, und die Gesamtsumme Σχ-, wird durch eine Addiervorrichtung 35 errechnet Die Gesamtsumme JSr; wird durch eine vorbestinunte Zahl von Daten π (η = ! 023 bei dieser Ausführungsform) mittels einer Teilervorrichtung 36 geteilt und als Ergebnis wird Σχ^π in eine andere Teilervorrichtung 37 eingegebea Einerseits liest zunächst die Adressiervorrichtung 38 die Daten X₀ aus dem ersten Bereich des Speichers 34 heraus, veranlaßt daß die Daten Xo in die Teilervorrichtung 37 eingegeben werden, um Ao = (Σχ-J n)/Xo zu errechnen, und dann diesen Wert von Ao in der Zahl »0« des ersten Bereichs des Speichers 34 zu speichern. Als nächstes veranlassen die herausgelesenen Werte der Daten X\ aus dem ersten Bereich des Speichers 34. daß die Daten X\ in die Teilervorrichtung 37 eingegeben werden, um k% = (Σχ^η)Χ\ zu berechnen und dann diesen Wert Jt₁ in der Nummer »1« des ersten Bereichs des Speichers 34 speichern zu lassen. Dieselbe Rechnung wird danach wiederholt um die Korrekturkoeffizienten Ao,.... A1023 in allen Adressen des Speichers 34 zu speichern. Es wird also eine Probe oder ein Objekt auf den Objektträger 53 gelegt nachdem die Speicherung d?r Daten des Korrekturkoeffizienten in dem Speicher 34 beendet ist und ein nicht dargestellter Brennpunktermittlungsschalter wird durch ein Steuersignal aus der zentralen Verarbeitungseinheit 46 geschlossen, um einen Korrekturvorgang für die Bilddaten zu beginnen. Das bedeutet: Mit dem Schließen eines Brennpunktermittlungsschalters wird der Pupillenteiler 62 erneut in Drehung versetzt Die in dem Bildfehler 65 angesammelten Bildsignale werdtn durch den Wandler 32 synchron mit dieser Drehbewegung des Pupillenteilers 62 digitalisiert und abwechselnd in dem ersten und zweiten Speicher 39 bzw. 40 aufgrund des Umschaltvorganges der Schaltvorrichtung 33 gespeichert welche gesteuert wird durch die zentrale Verarbeitungseinheit 46 synchron mit dem Auslesebetrieb des Bildfühlers 65. Wenn also die Bilddaten in den Speicher 39 und 40 gespeichert sind, bezeichnet die Adressiervorrichtung 38 die Zahl »0« des ersten Bereichs des.5peichers 34 und die Zahl »0« des ersten Speichers 39 aufgrund von Instruktionen aus der zentralen Verarbeitungseinheit 46 zum Herauslesen der vorher dort gespeicherten Daten, um A₀ArA) (D₀ entspricht den Bilddaten der Zahl »0«.) in einer Multipliziervorrichtung 41 zu berechnen und erneut das Ergebnis in der Zahl »0« des Speichers 39 zu speichern. Das so gespeicherte Ergebnis hat einen Wert der mit dem Korrekturkoeffizienten berichtigten Bilddaten. Wenn der erwähnte Vorgang an allen Adressen des ersten Speichers 39 ausgeführt ist, werden sämtliche in den Speicher 39 gespeicherten Daten berichtigte Bilddaten sein. Als nächstes bezeichnet die Adressiervorrichtung 38

die Zahl »512« des zweiten Bereichs des Speichers 34, um die Zahl »0« des zweiten Speichers 40 um Α512ΑΓΟ512 (Άπ entspricht den Bilddaten der Zahl »512«.) zu berechnen und wiederum das Resultat in der Zahl »0« des Speichers 40 zu speichern. Daher werden, wenn dieser Vorgang an allen Adressen des zweiten Speichers 40 ausgeführt ist, alle in dem Speicher 40 gespeicherten Bilddaten berichtigt sein. Die in dem ersten Speicher 39, so wie oben für die entsprechenden in F i g. 6 gezeigten Abschnitte beschrieben, gespeicherten berichtigten Daten werden im Turnus einem Kontrastdiskriminator 41 zugeführt und der zu benutzende Block wird durch die Höhe des Kontrastes bestimmt. Falls nun der Kontrast des Blockes B der höchste ist, wird die Zahl 128 an der Adressiervorrichtung 39 eingegeben. Wenn der Anfangswert von —32 ein Adressenschieberegister 47 ist, und die Adressiervorrichiung 38 die Adresse 128 in dem ersten Speicher 39 bezeichnet, dann bezeichnet das Adressenschieberegister 47 die Adresse 96 in dem zweiten Speicher 40. Dann werden die Bilddaten Λ (128) und /β (96) in eine Subtrahiervorrichtung 42 eingegeben und es wird die Operation | /* (128) — /s(96)| durch den Absolutwertschaltkreis 43 ausgeführt. Dann werden die Bilddaten | /Ä (128) — fa (96)| in einem Speicher 45 über eine Addiervorrichtung 44 gespeichert. Wenn dies beendet ist, bezeichnet die Adressiervorrichtung 38 die Adresse 129 in dem Speicher 39. Das Adressenschieberegister 47 bezeichnet die Adresse 97 in dem Speicher 40 und danach wird der Vorgang in derselben Weise ausgeführt. Es wird | Λ (129) — f_B (97)| zu den vorhergehenden Daten | f_A (128) — /ß(96)| durch die Addiervorrichtung 44 addiert und in dem Speicher 45 gespeichert. Danach wird dieser Vorgang wiederholt bis zu der Adresse 255 des ersten Speichers 39 und es wird der Korrelationsvorgang

255

_b5 R (-32) = V _ABS _{(/( U)} __/e (.v-32))

ν IJH

vollendet. Wenn diese Rechnung vollendet ist, beträgt der Wert des Adressenschieberegisters 47—31 und

R (-31) = ^ ABS [f_A (χ) -f_B (x-31)}

.V= 128

wird berechnet Dann wird dies fortgesetzt, bis der Wert des Adressenschieberegisters 47 31 wird, und es wird der ganze Korrelationsvorgang

R(ö) = V abs \f_A (χ) ~/b (*+<*)} -32S δ S 31 .V= 128

ausgeführt Dann wird das Korrelat R(O) in dem Speicher 45 durch die zentrale Verarbeitungseinheit 46 verglichen und es wird der Wert von δ gefunden, bei dem das Korrelat aus R(O) ein Minimum ist Dieser Wert wird zum Betrag der Phasendifferenz des Südes gemacht Dementsprechend wird die Objektträgerantriebsvor- is richtung^ zur Fokussierung in Gang gesetzt

Falls die-Brennpunktabweichung so groß ist, daß der Betrag der Phasendifferenz von —32 S ό S 31 kurz ist so bezeichnet die Adressiervorrichtung 38 die Adresse 128 in dem ersten Speicher 39 und der Anfangswert des Adressenschieberegisters 47 wird —64 sein. Wenn die entsprechendeir Korrelationsrechnungen endigen, wird 2 hinzuaddiert und die Rechnungen

1 * (-64) = \f_A (128) -f_B (128 -64) | + [/,(130) - f_B (130 -64)|+ ·--+ |/, (382) - f_B (382 -64) |

R (-62) =

R (-60) =

ψ

<| werden ausgeführt Dies entspricht der Benutzung der Bilddaten bei jedem Element und der Feststellbereich der

I^ Phasendifferenz zwischen den Bildern wird zweimal so groß mit der gleichen Berechnungssumme, aber die

Il Fokussierungsgenauigkeit wird '/2 sein.

H Wie oben wird die Phasendifferenz zwischen zwei Bildern berechnet und die Objektträgerantriebsvorrich-

ß tung 67 zu Fokussierung in Gang gesetzt Die obenerwähnte Operation kann mehrmals durchgeführt werden,

H um eine besonders genaue Fokussierung zu erreichen. Die Konsole 71 zeigt den Beginn der Fokussierung und

■.!. den Zustand der Brennpunktübereinstimmung.

ρ Die Erfindung läßt sich auch auf eine automatische Brennpunktermittlungsvorrichtung mit zwei Bildfühlern

r- anwenden.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

P

Claims

Patentansprüche:

1. Automatische Brennpunktermittlungsvorrichtung, bei der eine Brennpunktermittlung durch Anordnung einer Pupillen-Teiler-Einrichtung in der Position einer Pupille einer Abbildungslinse zur Abbildung von

5 Objekten oder in einer Position, die der Pupille in bezug auf die Abbildungslinse zugeordnet ist durch Aufnahme von zwei einzelnen, durch unterschiedliche Lichtbahnen geformten und durch die Pupillen-Teiler-Einrichtung getrennten Objektbildern von einer fotoelektrischen Wandlereinrichtung, bestehend aus einer Anzahl von Wandlerelementen zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die dem von dem Bildelement aufgenommenen Lichtbetrag entsprechen, zur Umwandlung der beiden Objektbilder in entsprechende fotoelektrische Ausgangssignale, und durch Feststellung der Relativlage der beiden Objektbilder unter Verwendung der fotoelektrischen Ausgangssignale durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Einrichtung (34,35,36,37) zum Errechnen der Reziprokwerte der fotoelektrischen Ausgangssignale, die den entsprechenden Bildelementen entsprechen und durch Abbilden eines Objektes mit gleichmäßiger Helligkeitsverteilung auf die fotoelektrische Wandlereinrichtung (65) erhalten werden, und eine Einrichtung (41) zum Multiplizieren der fotoelektrischen Ausgangssignale mit den Reziprokwerten, die von den entsprechenden Bildelementen erhalten werden, um die fotoelektrischen Ausgangssignale der fotoelektrischen Wandlereinrichtung für die Fokussierung zu berichtigen, aufweist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Vorrichtung eine Einrichtung (34) zum Errechnea des Mittelwertes der fotoelektrischen Ausgangssignale, die durch Abbilden eines Objektes mit gleichmäßiger Helligkeitsvericilung auf die fotoelektrische Wandlereinrichtung (65) erhalten werden, aufweist und daß der Mittelwert mit den fotoelektrischen Ausgangssignalen zur Brennpunktsermittlung zusammen mit den Reziprokwerten multipliziert wird.