DE3406578A1

DE3406578A1 - Automatische brennpunktermittlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3406578A1
Application number: DE19843406578
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: 1984-02-21
Publication date: 1984-08-30
Also published as: US4740678A; DE3406578C2; US4833315A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Brennpunktermittlungsvorrichtung, bei der zwei auf verschiedenen Lichtbahnen durch ein optisches Abbildungssystem mit einem Pupillenteiler und einer Abbildungslinse gebildete Objektbilder mittels einer photoelektrischen Wandlereinrichtung, bestehend aus mehreren entsprechend angeordneten Bauelementen, in photoelektrische Ausgangssignale umgewandelt werden und durch Feststellung der Relativlage der beiden Objektbilder auf der Basis der photoelektrischen Ausgangssignale eine Fokussierung bewirkt wird.

Es handelt sich somit um eine automatische Brennpunktermittlungs- oder Fokussiervorrichtung für optische Systeme wie Mikroskope und Kameras, und insbesondere um eine Vorrichtung, in welcher zwei über verschiedene Lichtbahnen gebildete Bilder in photoelektrische Ausgangssignale durch eine photoelektrische Wandlervorrichtung umgewandelt werden, die zahlreiche Bauelemente aufweist, und bei der die Relativlagenbeziehungen der beiden Bilder auf der Grundlage der photoelektrischen Ausgangssignale festgestellt werden, um die Brennpunktlage zu ermitteln.

Unter den bisher bekannten automatischen Brennpunktermittlungsvorrichtungen gab es solche nach Art von Entfernungs messern, bei denen eine trigonometrische Messung durchgeführt wurde, sowie ein TTL-System, bei dem ein durch eine Pupille hindurchgehender Lichtschreibstift geteilt wird, um zwei Bilder zu erhalten. Bei jeder dieser Vorrichtungen wird die Korrelation der beiden Bilder digital bestimmt, um die Ko-

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inzidenz oder Deckung der beiden Bilder festzustellen; die Koinzidenz der beiden Bilder wird mit dem Extremwert der Korrelation angezeigt und der Betrag der relativen Bewegung der beiden Bilder wird gleich dem Betrag der Phasendifferenz der Bilder gemacht.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel für solche automatische Brennpunktermittlungsvorrichtungen üblicher Art. Die von einem nicht dargestellten Bildfühler aufgenommenen Daten A und B der beiden Bilder sind jeweils in ringförmigen Schieberegistern 1a und 1b über einen Probenhaltekreis, A-D Wandler (nicht dargestellt) und andere Mittel gespeichert. Bei dem hier betrachteten Beispiel bestehen die Bilddaten aus 128 Elementen.

Wenn beide Bilddaten A und B jeweils entsprechend in den Schieberegistern 1a und 1b adressiert sind, dann werden die absoluten Werte der Differenzen der entsprechenden Elemente durch die Stromkreise 2 bestimmt, um die absoluten Werte der Differenzen festzulegen, und ferner wird die Summe der absoluten Werte durch eine Addiervorrichtung 3 bestimmt/ um den korrelativen Wert der beiden Bilder zu erhalten. Danach wird die Datenangabe B des Schieberegisters 1b durch einen Impuls aus einem Taktgeber CL um ein Element weitergeschoben und wiederum der korrelative Wert durch den Stromkreis 1 und die Addiervorrichtung 3 bestimmt. Wenn also die Bilddaten einerseits im Turnus durch den Taktgeber CL wechselweise verschoben werden, wird der Korrelativwert bestimmt, ferner wird der Extremwert des Korrelativwerts

durch einen Spitzendetektor 4 bestimmt; die Lage, in welcher der Extremwert bestimmt wird, wird eine Lage im Brennpunkt sein. Auch wird die Taktzahl im Falle des Extremwerts durch einen Zähler 5 bestimmt; diese Taktzähl, d.h. der Verschiebungsbetrag der Bilddatenangabe B des Schieberegisters 1b wird der Betrag der Phasendifferenz der beiden Bilder sein, und die Richtung und der Betrag der Brennpunktabweichung wird aus dem Betrag der Phasendifferenz bekannt bzw. erkennbar sein.

Jedoch werden bei dieser gebräuchlichen Vorrichtung, wenn der Bildsensor eine festgelegte Abmessung hat, nicht nur die beiden auf dem Bildfühler entstandenen Bilder sich in ihren Stellungen verschieben, sondern es werden auch die Endteile formverschieden sein; im Ergebnis werden die in den beiden Schieberegistern 1a und 1b gespeicherten Bilddaten A und B sich nicht nur hinsichtlich ihrer Stellungen verschieben, sondern auch in ihren Endteilen verschieden sein, und es können, wenn das Korrelat errechnet wird, während diese Bilddaten im Turnus umlaufen, keine genauen Bildphasendifferenzen bestimmt werden. Dies soll im einzelnen anhand der Figuren 2A bis 2C erläutert werden. Die Fig. 2A und 2C zeigen jeweils die in dem Schieberegister 1a gespeicherte Bilddatenangabe A und die in dem Schieberegister 1b gespeicherte Bilddatenangabe B. Bei Abweichung der Lage im Brennpunkt fallen beiden Bilddaten A und B nicht deckungsgleich zusammen; die Spitzen P und P¹ fallen also ebenfalls nicht zusammen und beide Bilddatenangaben A und B sind an

den Enden verschieden. Fig. 2C zeigt die Bilddatenangabe B des Schieberegisters 1b in dem um «-Stücke des Elements verschobenen Zustand. In diesem FaIl₇ wenn die Spitzen P Und P" zusammenfallen, wird gefunden, daß die Phasendifferenzen beider Bilddaten A und B ^-Stücken des Elements entsprechen. Die Strecke von O bis οζ in der Bilddatenangabe der Fig. 2C entspricht der Strecke von A bis 127 bei dem Zustand der Fig. 2B, und die Bilddaten von Fig. 2A und 2C fallen nicht vollständig zusammen. Dies bedeutet, daß wenn die Korrelate aller Bilddaten der Zahl O bis 127 des Elements errechnet werden, falls die Bildphasendifferenz gleich O ist, d.h. falls die Spitzen P und P" zusammenfallen, der Korrelatwert nicht immer der Extremwert ist. Daher ist es bei dieser Vorrichtung schwierig, eine genaue Bildphasendifferenz zu bestimmen.

Auch besteht bei dieser Vorrichtung, wenn die Bilddaten im Turnus nur um ein Element bewegt werden, ein Nachteil insofern,als im Falle der Feststellung einer großen Brennpunktabweichung viel Zeit benötigt wird.

Ferner wird, wenn die Schrittlänge der Elemente des Bildfühlers im Hinblick auf die Genauigkeit der Lage im Brennpunkt klein gemacht wird, oder wenn die Zahl der Elemente des Bildfühlers im Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit klein gemacht wird, der Deckungsbereich des BiIdfühlers so eng, daß des schwierig wird, das zu fokussierende Objekt in einen begrenzten schmalen Teil in dem Sichtfeld zu bringen. Andererseits bestand bei der bekannten Vorrich-

tung eine Schwierigkeit darin, daß wenn der Deckungsbereich des Bildfühlers breit gemacht wird/ die Anzahl der Elemente so groß wird, daß die Arbeitszeit verhältnismäßig lang wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennpunktermittlungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der die Fokussierungsgenauigkeit und die Arbeitsgeschwindigkeit bedeutend verbessert sind, ohne daß eine erhebliche Komplizierung im Vergleich zu dem gebräuchlichen System in Kauf genommen werden muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Möglichkeiten zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 7 angegeben.

Es wird eine Abbildungslinse vorgesehen, ein Pupillenteiler drehbar an der Stelle oder in der Nachbarschaft der Abbildungslinsenpupille angeordnet, an dem sich ein lichtdurchlässiger Teil befindet, und es wird eine photoelektrische Wandlereinrichtung vorgesehen,, in dem eine Mehrzahl optischer Elemente entsprechend angeordnet werden und die in der Lage ist/ zwei Objektbilder zu empfangen, die durch die Abbildungslinse und den Pupillenteiler erzeugt werden; die beiden Objektbilder werden durch die Wandlereinrichtung in photoelektrische Ausgangssignale umgewandelt; eine mit der Wandlereinrichtung verbundene Detektorschaltung dient zur Feststellung der Relativlagen der beiden Objektbilder auf der Grundlage der photoelektrischen Ausgangssignale aus der Wandlereinrichtung zum Brennpunkt, und die Relativ-

lagenbeziehung der beiden Objektbilder wird vermittels der photoelektrischen Ausgangssignale aus einem Teil der Mehrzahl von Elementen festgestellt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die photoelektrische Wandlereinrichtung eine Bemessung, die sie in die Lage versetzt, einen großen Teil des Sichtfeldes abzudecken.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Relativlagenbeziehung der beiden Objektbilder mittels photoelektrischer Ausgangssignale aus jeweils einem Paar von Elementen festgestellt, die sich in voneinander durch einen Abstand von mehreren Elementen getrennten Lagen befinden, wenn der Betrag der Brennpunktabweichung der beiden Objektbilder größer ist als es einem vorbestimmten Betrag entspricht.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen schematisch

Fig. 1 ein Blockschaltbild des wesentlichen Teils einer gebräuchlichen automatischen Brennpunktermittlungsvorrichtung;

Fig. 2A, 2B und 2C Beispiele von Bilddaten, die in den Schieberegistern der Vorrichtung gemäß 1 zu speichern sind;

Fig. 3A und 3B veranschaulichen das Prinzip einer Pupillenteilung, wie sie bei einer Ausführungsform der selbsttätigen Brennpunktermittlungsvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet ist;

Fig. 4 gibt das allgemeine Funktionsschema einer Vorrichtung gemäß der Erfindung wieder;

Fig. 5A und 5B sind Vorderansichten praktischer Beispiele von Pupillenteilern,wie sie bei einer Vorrichtung gemäß Fig. 4 verwendbar sind;

Fig. 6 veranschaulicht die Beziehungen der Phasendifferenzbeträge und der Brennpunktabweichung zwischen zwei Bildern;

Fig. 7 veranschaulicht einen Bildsensor der Vorrichtung nach Fig. 4 und einer dazugehörigen Verarbeitungsmethode ;

Fig. 8 zeigt ein Beispiel einer Lichtintensitätsverteilung auf dem Bildsensor;

die Fig. 9 und 10 sind jeweils Darstellungen einer Phasendifferenzberechnungsmethode mit in der Nähe der Brennpunktdeckung besonders hoher Genauigkeit;

Fig. 11 veranschaulicht die Ungleichmäßigkeit der Lichtmenge der Bilddaten bei der vorgenannten Vorrichtung;
Fig. 12A und B sind jeweils Darstellungen zur schematischen Erläuterung der Ungleichmäßigkeit der Lichtmenge ;

Fig. 13 veranschaulicht ein Verfahren zur Korrektur der Ungleichmäßigkeit der Lichtmenge; Fig. 14 ist eine perspektivische Darstellung eines anderen Pupillenteilers;

Fig. 15 ist ein Flußschema zur Veranschaulichung

einer Methode der Steuerung und des Verarbeitungsganges bei Anwfendühcj eines Rechners der oben genannten Vorrichtung ; und

Fig. 16 ist ein Blockschema der Steuerungs- und Funktionsschaltung einer anderen Ausfuhrungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Fig. 3A bis 15 veranschaulichten Ausführungsform erläutert. Die Fig. 3A und 3B zeigen das Prinzip der hierbei angewendeten Pupillenteilung. In Fig. 3A bedeutet die Bezugsziffer 6 eine Abbildungslinse, 7 eine Lichtblendenplatte mit einer Öffnung 7a nahe einer 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 Q₁ und Q- auf der Bildebene 8 erzeugt, und zwar in gegenläufig verschobenen Stellungen, bezogen auf die zu einer optischen Achse 0 senkrechten Richtung, bezogen auf das Bild Q, je nachdem, ob die Brennpunktlage sich auf der Vorderseite oder auf der Rückseite der Bildebene 8 befindet.

Fig. 3B zeigt den Fall, daß die öffnung 7a der Lichtblendenplatte 7 auf die Rückseite, bezogen auf die optische Achse 0, bewegt ist. Bei Brennpunktübereinstimmung, d.h. in der Brennpunktlage, wird das Bild Q¹ auf der Bildebene 8 erzeugt; dagegen werden bei Brennpunktabweichung dunkle Bilder Q₁' und Q₁" auf der Bildebene erzeugt, je nachdem, ob die Brennpunktlage sich auf der Vorderseite oder auf der

Rückeite der Bildebene 8 befindet. Wenn daher die Aperturöffnung 7a der Lichtblendenplatte 7 beispielsweise von der in Fig. 3A gezeigten Stellung in die in Fig. 3B gezeigte Stellung bewegt wird, so erfolgt bei Brennpunktübereinstiramungslage keine Bewegung der Bilder Q und Q¹; wenn aber die Brennpunktlage sich auf der Vorderseite der Bildebene 8 befindet, bewegt sich das Bild aus der Stellung Q₁ in die Stellung Q ' und, wenn die Brennpunktlage sich auf der Rückseite der Bildebene 8 befindet, bewegt sich das Bild aus der Stellung Q„ 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 BiIdebene 8 befindet, und der Betrag der Brennpunktslagenverschiebung aus der Richtung und dem Betrag der Bewegung (d.h. der Phasendifferenz) des Bildes erkannt werden.

Fig. 4 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 Lichts 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 Brennpunktermittlungssysteiti, 61 eine Linse

zur Herstellung einer Pupille, 62 einen Pupillenteiler, dor in der Lage der von der Linse 61 gebildeten Pupille angeordnet werden soll. 63 bezeichnet eine Abbildungslinse, die dazu dient, rn.it 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, 6 9 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 Fig. 5A und 5B zeigen zwei praktisch mögliche Ausführungsformen des Pupillenteilers zur Teilung eines Lichtschreibstiftes oder Schreibstrahles, der durch die Pupille hindurchgeht, um zwei Bilder zu erzeugen. Fig. 5A zeigt einen Pupillenteiler, bei dem halbkreisbogenförmige Lichtblenden (schraffiert) 62a und 62b auf einer durchsichtigen Glasscheibe vorgesehen sind, so daß wenn die Scheibe um eine Achse 0 gedreht

wird,die Hälften der Pupille 9 abwechselnd geöffnet und geschlossen werden. Fig. 5B zeigt einen sektorförmigen Pupillenteiler mit zwei bogenförmigen Öffnungen 10a und 10b, so daß, wenn der Sektor hin und hergehend.um die Achse 0 geschwenkt wird, die Hälften der Pupille abwechselnd geöffnet und geschlossen werden. Der Fall von Fig. 5A 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 Pupillenteiler 6 2 gedreht wird. Fig. 5B entspricht einem Verfahren, bei dem ein Bild von dem Bildfühler 6 5 synchron mit der Bewegung des Pupillenteilers 6 2 aufgenommen wird, der durch eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise einen Mikrocomputer, angetrieben wird. Somit können mit einem Pupillenteiler 62, wie vorstehend beschrieben, die in Fig. 3A und 3B gezeigten Zustände herbeigeführt und die Bilddaten in den entsprechenden Zuständen durch den Bildfühler 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

um

vergrößert werden, weil,7die Fokussierungsgenauigkeit konstant zu halten, die Schrittlänge der Elemente in einer be-

stimmten Größe gehalten werden muß.

Diös soll im folgenden erläutert werden. Fig. 6 ist eine Darstellung, welche die Relationen des Phasendifferenzbetrages und des Betrags 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 Ausgangsseite NA¹ ist. Wenn nun der Bildsensor 12 sich in der an der Brennpunktabweichung cTd entsprechenden Stellung befindet, werden zwei Bilder 11A und 11B mit einer Phasendifferenz Sp erzeugt und daher besteht zwischen (Td und Sp die Beziehung

(Pd =

Nunmehr sei die Fokussierungsgenauigkeit im Falle der Benutzung eines Objektivs 1Ox betrachtet. Wenn die numerische Apertur des Objektivs 1Ox gleich 0.04 ist, beträgt die numerische Apertur NA' 0.04, und es läßt sich die Beziehung

(Td = 25 Sp (2)

aus der Formel (1) ableiten. Andererseits wird die Fokaltiefe t des Objektivs 1Ox dargestellt durch

NA¹

worin £ ein zulässiger Konfusionskreis (a permissible circle of confusion) ist. Wenn daher E = 0.05 mm (was

einer Auflösungsleistung von 20/mm entspricht), so ist

t = 1.25 (4)

da die Auflösungsgenauigkeit innerhalb dieser Fokaltiefe gefordert wird, wenn

cfd = \ (5)

so wird

cfd = 0.625 mm (6)

erhalten, und ferner wird

Sp = 26 μια (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 μπι beträgt. Wie oben wird die Schrittlänge der Diodengruppe des Bildfühlers 12 in Abhängigkeit von der geförderten Fokussiergenauigkeit bestimmt. In diesem Fall beträgt, wenn ein Bildfühler 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.

Fig. 7 zeigt den bei dieser Ausfuhrungsform zu benutzenden Bildfühler und veranschaulicht eine Methode zur Verarbeitung der aufgenommenen Bilddaten. Das bedeutet,

daß in dieser Ausfuhrungsform 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 außerordent lich 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 Kontrasterrechnungsmethode wird anschließend erläutert: Die allgemein bekannte Auswertungsfunktion zur Kontrastbestimmung, falls f(x) einen Ausgang aus dem x-ten Element des Fühlers 65 bezeichnet, C = £|f(x) - f(x+1)| 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, die Differenz zwischen den Ausgängen aus zwei benachbarten Elementen zu errechnen. Wenn z.B. die Beziehung gilt

C= 5'If(X) - f(x+5)|

■o.

(worin -"bedeutet, daß χ für jedesmal vier Elemente zu be-

rechnen ist)/ so lautet die Berechnung des Abschnitts A

184

C = Σ,' If(X) - f(x+1)| x=64

= I f (64) - £(69)] + + If(184) - f (188)1

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 Ausfuhrungsform wäre die Vergleichsrechnung auf der Basis der Lichtintensitätsverteilung -£ auf dem in Fig. 8 gezeigten Bildfühler

C = I f (64) - f(69)| + I f (68) - f(73)l = I 13 - 30 I + I 25 - 601
= 52
Im herkömmlichen Fall aber ist

C = I f (64) - f (65)1 + i f (68) - £ (69) I- = I13 - 14 J + I 25 - 30l
= 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 Y-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 f benutzten Daten sowohl den Bilddaten Y als 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 Fig. 7 zu ersehen, die Abschnitte A und B miteinander im Bereich von 128 bis 192 Elementen.

Daher können, um unnütze Rechenvorgänge zu vermeiden, die Kontraste von 64 bis 128 Elementen, 128 bis 192 Elementen und 192 bis 256 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 wenn ein Teil vorhanden ist, in welehern 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 Ausfuhrungsform die Korrelationsvorgangszeit von nur dem Element 128 + etwa der Zeitspanne °< sein kann. Ferner sind die Abschnitt nicht auf beiden Seiten für jeweils 64 Elemente ausgebildet, so daß im Falle der Berechnung der Korrelation durch Verschieben der Bilder das, was in Fig. 2 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 Photodiodengruppan des BiIdfühlers 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. 4 in dem Speicher des Mikrocomputers 70 über die Grenzflächenschaltung 6 9 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 Fig. 7 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

191 . ,

R(d) = _xf₆₄ABS (f_A(x) - f_B (X₊(T)] (8)

worin ABS einen Absolutwert darstellt und die Funktionen

f (χ) und f_ß(x) stellen jeweils die Werte des x-ten Elementes der Bilddaten A und B dar. Aufgrund eines Satzes der Funktionen f und f , (f, d.h. cf¹ , wenn 6 variiert wird bis R((T) ein Minimum wird, wird eine Phasendifferenz hergestellt. Auch in diesem Beispiel ist --64aÖ»64.

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

Der tatsächliche Wert von O 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 (Fig. 9) oder es kann eine zweite Näherungskurve unter Verwendung von 0 bezeichnet werden, d.h. O , wenn R(cf) ein Minimum ist und die drei Punkte ο, ρ und q vor und hinter ö¹ liegen, um die Phasendifferenz zu bestimmen (Fig. 10) .

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

In dem obigen Beispiel wird der Betrag der Brennpunktabweichung, wenn 0 im Bereich von -64 bis 64 liegt, 0,625x64 =40mm aus der Formel (6) ausmachen; auf der Objektivseite

2
wird der 40/10 =Ο.4=4ΟΟμΐη und daher + 400μΐη 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 0 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 f(0), f(5), f(10), ... f(5O5), f(510) aus den Daten f(0), f(1), f(2) f(510), f(511) die zu

benutzenden Daten sind. Praktisch werden zum Zeitpunkt

der Errechnung nur die Daten nach jeweils fünf Elementen benutzt. Z.B. mag die Formel (8) folgende Gestalt annehmen 64

96 + 4n+

cf)| (9)

In diesem Fall 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 0 wird in diesem Fall alle fünf Elemente berechnet. Daher können, selbst, wenn der Bereich

ο beispielsweise -200έ Ού 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 Feststellbereich 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 ergeben. Daher kann dieser vorbestimmte Wert als ein Kriterium zur Beurteilung der Frage benutzt werden, ob der Kontrast 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 d"<e 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, falls der Pupillenteiler sich nicht in der Pupillenstellung befindet, ungleichmäßig sein, wie in Fig. 11 dargestellt. Die Fig. 12A und 12B sind schematische Darstellungen zur Erläuterung solcher ungleichmäßiger Lichtmengen. Im Falle der Fig. 12A, 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 Fig. 12B, wo die Pupille und der Pupillenteiler nicht miteinander für die entsprechenden Bildhöhen h, i und j übereinstimmen, sind die durch die Pupille gehenden Lichtmengen b, 9. und c nicht gleich und es kommt zu einer Ungleichmäßigkeit oder Versetzung der Lichtmengen.

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 Bildfühler 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 Störmusters durch Multiplizieren der Bilddaten mit dem Korrekturkoeffizienten beseitigt werden. Im Falle dieser Ausfuhrungsform werden die Bilddaten A und B, wenn sie mittels des Durchganges gleichmäßigen Lichtes durch das optische Fokussiersystem erhalten werden, solche mit ungleichen Lichtmengen wie Fig. 11 infolge von Exzentrizität od. dgl. Wenn nun ein Korrekturkoeffizient aus der Reziprokzahl od. dgl. gewonnen und der gleiche Prozeß durchgeführt wird, kann der Einfluß der Lichtmengenungleichmaßigkeit 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 oben erwähnten Korrektur ist es erforderlieh, 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. Fig. 13 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines solchen Verfahrens. Dabei wird die x-Achse in Richtung der Fühlergruppen und die y-Ächse in Richtung der Bilddatenintensität angenommen. Wie sich aus der Erläuterung von Fig. 11 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 Z_A bzw. <£_ß sind, dann ist der Gradient des Wertes Z. der Bilddatenangabe A gleich ß,, und der Durchschnittswert von/ ist I ; die auf die Bilddaten A bezogene Formel lautet

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

¹AK

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 I -., ist, beträgt der Korrekturkoeffizient <X

KA

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 gleichmäßigen 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 der 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.

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 Pupillenteiler benutzt wird, die anderen Pupillenteiler niemals das durch die Pupille gehende Licht sehneiden. Beispielsweise können, wie in Fig. 14 gezeigt, zwei gleiche Pupillenteiler, wie in Fig. 5B gezeigt, in Verbindung miteinander benutzt werden.

In Fig. 4 ist das Filter 64 ein Infrarotsperrfilter oder ein" Bändfilter/ 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. 15 dargestellten Flußschemas für den grundsätzlichen Fall gegeben werden. 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 Objektivs unterschiedlich behandelt, weil im Falle einer Korrektur der Lichtmengenungleichmäßigkeit oder Versetzung die Parameter je
verschieden sind »nach Art und Vergrößerung des verwendeten Objektivs, und weil der Umwandlungskoeffizient für die Umwandlung des Betrags der Phasendifferenz zwischen zwei Bildern in die Größe der Bewegung des Objektträgers je nach der Vergrößerung verschieden ist (siehe Formel (1)). Dann wird der durch die Korrelation bestimmte Betrag der Phasendifferenz zwischen zwei Bildern umgewandelt in eine Bewegungsgröße des Objektträgers und der Objektträger wird be-

wegt. Dann werden wiederum die Daten der Funktionen f und f_. 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 Übereinstimmung mit dem Brennpunkt zu bestätigen, werden nochmals die Funktionen f und f_
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 Phasendifferenzbetrag außerhalb der Fokaltiefe, wird die gleiche 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 2wei 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 -2OOfc<f4 2OO nach jeweils fünf Elementen berechnet; wenn aber der Wert (f, bei dem die Korrelation R(cT) den Mindestwert aufweist, -200*0^200 beträgt, wird die 1-Element-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 (T -18O£<P£18O beträgt, weil im Falle, daß die Brennpunktabweichung groß ist, das den Kleinstwert einnehmende 0 irrtümlich aufgrund des Rauschens od. dgl. bestimmt werden könnte.

Fig. 16 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 BiId-5 fühlerantriebsvorrichtung 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 Bildfühler 6 5 ständig ausgelesene Bilddatenangabe A wird über eine Probenhaltevorrichtung 31, einen A/D-Wandler 32 und eine Schaltvorrichtung 33 in einem ersten Speicher 34 gespeichert. Dann werden die Bilddaten A mittels des Korrekturkoeffizienten,der vorher in einem nicht dargestellten Speicher gespeichert war, korrigiert und erneut in dem ersten Speicher 34 gespeichert. Die Daten des Korrekturkoeffizienten werden durch Multiplizieren der Reziprokzahlen der oben beschriebenen von dem Bildfühler aufgenommenen Bilddaten hergestellt, die bei Einfall gleichmäßigen Lichtes vorher durch den Durchschnittswert der BiIddaten A und B erhalten wurden. Es sei nun der Fall betrachtet, daß der Bildfühler aus 512 Elementen besteht. Die Bilddaten A und B bestehen aus 1024 Bildelementen über 0 bis 1023 Elemente. Die Bilddaten A bzw. B werden erhalten mit 0 bis 511 Elementen und 512 bis 1023 Elementen. Wenn der Wert des η-ten Elements der mit dem gleichmäßigen Licht erhaltenen Bilddaten, wobei keine Probe vorhanden ist, χ ist, ist der Korrekturkoeffizient k den η-ten Elements

1023
Zx_n
n=0

ν - 1024

η "

Wenn die Bilddaten A dann in dem ersten Speicher 34 gespeichert werden, befindet sich der Pupillöhteiler 6 2 in dem Zustand der Aufnahme der Bilddaten B, und die Bilddaten B werden korrigiert und in einem zweiten Speicher 35 in der gleichen Weise wie die Bilddaten A gespeichert. Die in dem ersten Speicher 34 für die jeweiligen in Fig. 7 gezeigten Abschnitte werden wiederum zu einem Kontrastdiskriminator 36 gesandt, und der zu benutzende Block wird durch die Höhe des Kontrastes bestimmt. Nun wird, falls der Kontrast des Blockes B der höchste ist, die Zahl 128 an eine Adressiervorrichtung 37 gegeben. Wenn der Anfangswert von -32 sich in einem Adressenschieberegister 38 befindet und die Adressiereinrichtung 37 die Adresse 128 in dem ersten Speicher 34 bestimmt, bestimmt das Adressenschieberegister 38 die Adresse 96 in dem zweiten Speicher 35. Dann werden die Bilddaten f,.(128) und f_(96) in eine Subtrahiervorrichtung 39 einge-

A ο

geben und die Operation If (128) - f (96)! wird mittels der Absolutwertschaltung 40 ausgeführt. Danach werden die Bilddaten If (128) - f (96)I über eine Addiervorrichtung 41 in einem Speicher 42 gespeichert. Sobald dies geschehen ist, bestimmt die Adressiervorrichtung 37 die Adresse 129 in dem Speicher 34, das Adressenschieberegister 38 bestimmt die Adresse 97 in dem Speicher 35 und danach wird die Operation in der gleichen Weise durchgeführt, es wird Jf (129) - f (97){

zu den vorherigen Daten Jf.(128) - f (96)J durch die Addiervorrichtung 41 addiert und in dem Speicher 4 2 gespeichert. Darauf wird diese Operation wiederholt bis die Adresse 255

des ersten Speichers 34 und die Korrelationsoperation

255 >

R(-32) = Z ABS (f_Ä(x) - f_R(x-32)\ x=128 ^A ^a

ausgeführt ist. Wenn diese Berechnung beendet ist, beträgt der Wert des Adressenschieberegisters 38 -31 und es wird

255 _c ,

R(-31) = £ ABS ff. (x) - f_R(x-31)\ x=128 ^{A ß}

wird berechnet. Dann wird dies fortgesetzt, bis der Wert des Adressenschieberegisters 38 31 wird, und es wird die gesamte Korrelationsoperation

255 _r Ys,

R(d) = £ ABS jf_A(x) - f_B(x+iT)J -32 έ 05

durchgeführt. Dann wird die Korrelation R(O) in dem Speicher 4 2 durch die zentrale Prozeßeinheit 4 3 verglichen, und der Wert von cf, bei dem die Korrelation R(O) ein Minimum ist, wird ermittelt und zum Betrag der Bildphasendifferenz gemacht. Dementsprechend wird die Objektträgerantriebsvorrichtung 67 zur Fokussierung in Betrieb gesetzt.

Wenn übrigens der Betrag der Brennpunktabweichung so groß ist, daß der Betrag der Phasendifferenz -321=0 έ 31 kurz ist, bestimmt die Adressiervorrichtung 37 die Adresse 128 in dem ersten Speicher 34 und der Anfangswert des Adressenschieberegisters 38 wird -64. Die entsprechenden Korrelationsrechnungen endigen, wird 2 hinzugefügt und die Rech-

nungen

R(-64) = I f_A(128)-f_B(128-64) I + |f_A(130)-f_ß(130-64)| +

+|f_A(382)-f (382-64)|

R(60) =

werden ausgeführt. Dies entspricht der Verwendung der Bilddaten bei jedem Element, und der Feststellbereich der Phasendifferenz zwischen den Bildern wird zweimal so groß mit demselben Rechnungsbetrag, aber die Pokussierungsgenauigkeit wird 1/2.

Wie oben wird die Phasendifferenz zwischen zwei Bildern berechnet und die Objektträgerantriebsvorrichtung 67 zur Fokussierung in Gang gesetzt. Die oben erwähnte Operation kann mehrmals wiederholt werden, um eine genaue Fokussierung zu erreichen. Die Konsole 71 zeigt den Beginn der Fokussierung und den Zustand der Brennpunktsübereinstimmung.

Die Erfindung kann auch auf eine automatische Brennpunktsermittlungsvorrichtung mit zwei Bildfühlern angewen- ■ det werden.

Claims

DIP L.-ING. J. RICHTER PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. F. WERDERMANN

ZÜGEL. VERTRETER BEIM EPA · PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE EPO · MANDATAIRES ASREES PRlSS LOEB

2OOO Hamburg 36 21 . Febr. 1984

NEUER WALL1O

'S¹ (O 4O) 34-OO 45/34 OO 56

TELEGRAMME: INVENTIUS HAMBURG

TELEX a 163 551 INTU D

UNSER ZEICHEN/OUR FILE O. 84084— 1—3621

Wdm/Ua

ANMELDER: OLYMPUS OPTICAL CO-, LTD.,

of Hatagaya 2-43-2, Shibuya-ku, Tokyo-to, Japan

BEZEICHNUNG: Automatische Brennpünktermittlungsvorrichtum

Patentansprüche

\1 ·/ Automatische Brennpunktermittlunqsvorrichtunq, bei der zwei auf verschiedenen Sichtbahnen durch ein optisches Abbildungssystem mit einem Pupillenteiler und einer Abbildungslinse gebildete Objektbilder mittels einer photoelektrischen Wandlereinrichtung, bestehend aus mehreren entsprechend angeordneten Bauelementen, in photoelektrische Ausganqssiqna-Ie umgewandelt werden und durch Feststellunq der Relativlaqe der beiden Objektbilder auf der Basis der photoelektrischen Ausgangssignale eine Fokussierung bewirkt wird, dadurch ge-

kennzeichnet, daß die Relativlagenbeziehung der beiden Objektbilder (Q₁, Q^; Q₁ ¹, Q₂ ¹) durch Verwendung der photoelektrischen Ausgangssignale aus einem Teil der Bauelemente der photoelektrischen Wandlereinrichtung (65) festgestellt wird.
2. Brennpunktermittlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Wandlereinrichtung in mehrere Abschnitte (A, B, C, D, E) eingeteilt ist, von denen jeder mehrere Elemente enthält, und daß die ReIativlagenbeziehung der Objektbilder mittels Verwendung der photoelektrischen Ausgangssignale aus einem dieser Abschnitte bezüglich des einen der beiden Objektbilder und mittels Verwendung der photoelektrischen Ausgangssignale aus dem ihm benachbarten Abschnitt bezüglich des anderen der beiden Objektbilder festgestellt wird.
3. Brennpunktermittlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektbildkontrast in jedem der Abschnitte festgestellt und der Abschnitt mit dem höchsten Kontrast zum Gebrauch ausgewählt wird.
4. Brennpunktermittlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung der Relativlagenbeziehung der beiden Objektbilder nur die photoelektrischen Ausgangssignale aus zwei um mindestens ein Element voneinander getrennten beiden Elemente benutzt werden, wenn

-ι

der Betrag der Brennpunktabweichung groß ist.
5. Brennpunktermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pupillenteiler (62) an der Stelle einer Ausgangspupille der Abbildungslinse (6, 54, 60) oder in einer ihr zugeordneten oder entsprechenden Lage angeordnet ist und aus einer mit konstanter Geschwindigkeit in einer vorbestimmten Richtung zu drehenden Scheibe besteht, deren eine Hälfte einen halbkreisförmigen durchsichtigen Teil von großem Durchmesser und einen halbkreisbogenförmiger dunklen Teil (62a) von kleinerem Durchmesser konzentrisch dazu aufweist, und deren andere Hälfte einen halbkreisbogenförmigen dunklen Teil (62b) mit großem Durchmesser und einen halbkreisbogenförmigen durchsichtigen Teil von kleinerem Durchmesser konzentrisch dazu aufweist, wobei eine Grenzlinie zwischen dem durchsichtigen und dem dunklen Teil die optische Achse der Abbildungslinse kreuzt.
6. Brennpunktermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pupillenteiler (62) an der Stelle einer Ausgangspupille (9) der Abbildungslinse (6, 54, 60) oder einer ihr entsprechenden Lage angeordnet ist und aus einer sektorförmigen Lichtblende besteht, die mit einer konstanten Geschwindigkeit in einem vorbestimmten Winkelbereich hin und herbewegbar ist und einen bogenförmigen durchsichtigen Teil (10a)mit großem Durch

messer und einen durchsichtigen Teil (1Ob) von kleinerem Durchmesser konzentrisch dazu auf der einen bzw."der anderen Seite der Symmetriemittenlinie aufweist, wobei eine bogenförmige Grenzlinie zwischen den beiden durchsichtigen Teilen die optische Achse der Abbildungslinse kreuzt.
7. Brennpunktermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pupillenteiler (62) an der Stelle einer Ausgangspupille (9) der Abbildungslinse (6, 54, 60) oder in einer ihr entsprechenden Lage angeordnet ist und aus zwei miteinander einstückig verbundenen sektorförmigen Lichtblenden besteht, die in einem Abstand voneinander in Richtung der optischen Achse der Abbildungslinse angeordnet und mit konstanter Geschwindigkeit in einem vorbestimmten Winkelbereich hin und herbewegbar sind, und daß ein bogenförmiger durchsichtiger Teil (10a) von großem Durchmesser und ein bogenförmiger durchsichtiger Teil (10b) von kleinem Durchmesser auf jeweils der einen und der anderen Seite der Mittenlinie und eine bogenförmige Grenzlinie zwischen den beiden durchsichtigen Teilen in jeder sektorförmigen Lichtblende angeordnet sind.