DE2814265B2

DE2814265B2 - Vorrichtung zum automatischen Nachführen der Einstellung eines Mikroskops

Info

Publication number: DE2814265B2
Application number: DE2814265A
Authority: DE
Inventors: Alain Versailles Basire; Pierre Maisons Alfort Roche; Jean Versailles Thenard
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1977-04-05
Filing date: 1978-04-03
Publication date: 1981-04-30
Also published as: US4186301A; JPS53123945A; DE2814265C3; DD136433A5; DE2814265A1; FR2386832B1; FR2386832A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Nachführen der Einstellung eines Mikroskops auf eine bildseitige Beobachtungsebene mit zwei Signalgebern, von denen der eine vor und der andere in gleichem Abstand hinter der einzuhaltenden Beobachtungsebene angeordnet ist und jeder eine Gruppe von Fotodetektoren umfaßt, die jeder jeweils einem bestimmten Bildpunkt in der Beobachtungsebene zugeordnet sind, und mit einer Vergleichseinrichtung, die aus einer etwaigen Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden Signalgeber einen Steuerbefehl für einen Stellmotor zum Ändern der Mikroskopeinstellung gewinnt.

Eine Vorrichtung dieser Art ist in der DE-OS 24 55 407 beschrieben. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist in der einen und in der anderen von zwei beiderseits einer einzuhaltenden Scharfeinstellebene liegenden Ebenen jeweils eine Mehrzahl von zusammengeschalteten Fotodetektoren angeordnet, und ausgehend von den Ausgangssignalen dieser beiden Fotodetektorgruppen wird dann in einer angeschlossenen Vergleichsschaltung entsprechend einem etwaigen Unterschied zwischen den zugrundeliegenden Bildkontrasten ein Steuerbefehl für einen Stellmotor zur Schärfeeinstellung gewonnen.

Dabei sind die den beiden Fotodetektorgruppen angehörigen Detektoren jeweils paarweise benachbarten Punkten in der Beobachtungsebene zugeordnet, und diese Detektorpaare werden jeweils zyklisch nacheinander abgetastet. Diese Arbeitsweise läuft also auf einen primären Bildpunktvergleich mit anschließender Summensignalbildung hinaus, wodurch die insgesamt erzielbare Arbeitsgeschwindigkeit der Vorrichtung und damit letztlich die mit ihrer Hilfe erzielbare Scharfeinstellgenauigkeit begrenzt bleibt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß sie die Erzielung einer höheren Arbeitsgeschwindigkeit gestattet und auf diese Weise eine optimale Beibehaltung der Scharfeinstellung eines damit ausgerüsteten Mikroskops ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in jedem der beiden Signalgeber jedem der Fotodetektoren je ein Speicherplatz in einem Zwischenspeicher für eine aufeinanderfolgende Auslesung der von den einzelnen Fotodetektoren abgegebe-

nen Ausgangssignale zugeordnet ist, daß jedem der beiden Signalgeber eine gesonderte Verarbeitungsschaltung nachgeordnet ist, die eine Umformerstufe zum Bilden eines analogen Hüllsignals aus den aus dem zugehörigen Zwischenspeicher abgerufenen Ausgangs-Signalen der Fotodetektoren des entsprechenden Signalgebers, einen Analog/Digital-Wandler zum Erzeugen einer Folge von Digitalsignalen aus dem analogen Hüllsignal, eine Meßstufe zum Messen des Absolutwertes für das Inkrement zwischen zvei aufeinanderfolgenden Digitalsignaien aus dem Analog/ Digital-Wandler und ein Summationsglied zum Aufsummieren der einzelnen Inkremente aufweist, und daß die Vergleichseinrichtung mit je einem Eingang an den Ausgang eines der beiden Summationsglieder angeschlossen ist und von diesem jeweils ein dem Bildkontrast für das von dem jeweiligen Signalgeber erfaßte Gesamtbild proportionales Summensignal zugeführt erhält

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung weist also eine Arbeitsweise auf, bei der schon primär eine Summensignalbildung für größere Bildbereiche erfolgt und erst anschließend die so erhaltenen beiden Summensignale miteinander verglichen werden. Diese Arbeitsweise führt im Endergebnis zu einer Beschleunigung der Auswertung der Meßsignale und damit zu einem feineren Ansprechen der Nachführeinrichtungen für die Scharfeinstellung des Mikroskops. Von besonderem Vorteil erweist sich die Erfindung für eine Anwendung bei Mikroskopen für die Durchführung medizinischer Analysen und insbesondere die Zählung von Biutzellen. Bie diesem Mikroskopeinsatz ist nämlicn die Dicke der die zu analysierenden Präparate tragenden dünnen Plättchen im allgemeinen nicht konstant, und es bedarf dann einer Nacheinstellung des Mikroskopobjektivs während des Überstreichens der Plättchenoberfläche, um eine stets optimale Bildschärfe zu erzielen. Diese Nachführung der Mikroskopeinstellung muß insbesondere bei automatischer Durchführung der Analyse selbst ebenfalls automatisch erfolgen, wobei zur Beschleunigung des gesamten Analyseablaufs auch eine rasche Nacheinstellung des Mikroskops erforderlich ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. 4

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schemalisch die Abhängigkeit der Neigung eines Übergangs zwischen Hintergrund und Bild, wenn die Einstellung eines Mikroskops verändert wird,

F i g. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Art der Messung der Übergangsneigung durch Messung von Inkrementen zwischen verschiedenen Werten eines Signals,

F i g. 3 das Prinzip für die Bildung der beiden Bilder gemäß dtr Erfindung,

Fig.4 schematisch die jeweilige Anordnung der Bildebenen des Mikroskops, die die Bildung der beiden Bilder zur Steuerung der Einstellung liefern, sowie die einer Beobachtungsebene in einer Mittelebene,

Fig.5 ein Blockschaltbild für eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 6 ausführlich die Schaltungen, die zur Berechnung der Summensignale £i und 2 2 dienen, die die Bildkontraste darstellen,

F i g. 7 schematisch eine Linie oder Zeile von Fotodetektoren, die einer CCD-Einrichtung (CCD = Charge Coupled Device = iadungsgekoppelte Einrichtung) zugeordner ist,

Fig.8 schematisch eine Fotodetektor-Matrix, die einer Gruppe von CCD-Einrichtungen zugeordnet ist,

Fig.9 schematisch eine Einrichtung zur Steuerung eines Stellmotors zur Korrektur der Einstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, das ein Signal proportional der Abweichung zwischen den Summensignalen 2i und 2 2 verwendet,

F i g. 10 schematisch eine Schaltung, die die Steuerung des Stellmotors zur Korrektur mit Impulsen einer Amplitude ermöglicht, die unabhängig von der Abweichung zwischen den Summen £1 und 2 2 ist

F i g. 1 zeigt schematisch eine dunkle Zelle 2, die sich vom hellen Hintergrund 4 einer tragenden dünnen Platte abhebt Dieses Bild ist das, das durch ein Mikroskop wiedergegeben ist dessen Einstellung zum Anfang beispielsweise von Hand eingestellt worden ist Derartige Bilder treten auf, wenn Blutzellen beobachtet werden. Selbstverständlich erscheint abhängig vom Wert der Vergrößerung eine mehr oder weniger große Anzahl von Zellen im Beobachtungsfeld.

Wenn die Lichtstärke der verschiedenen Punkte dieses Bildes längs einer willkürlichen oder beliebigen Linie oder Zeile 6 gemessen wird, wird ein Signal erhalten, dessen Aussehen in zwei Fällen durch die Kurven 7 und 9 im unteren Teil der F i g. 1 wiedergegeben ist Ein derartiges Signal enthält einen flachen Teil, der dem beleuchteten oder hellen Hintergrund entspricht, und eine Vertiefung, die der dunklen Zelle 2 entspricht. Die Übergangszone zwischen der Ebene und der Vertiefung weist eine mehr oder weniger steile Neigung auf, abhängig davon, ob das Bild mehr oder weniger klar oder deutlich ist. Wenn die Einstellung genau ist, ist dieser Übergang abrupt oder plötzlich, wie das in der Kurve 7 wiedergegeben ist. Andernfalls ist die Neigung weniger steil, wie aas durch die Kurve 9 wiedergegeben ist.

Um die Neigung des Übergangs zwischen der hellen Zone und der dunklen Zone zu messen, wird so vorgegangen, wie das schematisch in dem Diagramm von F i g. 2 dargestellt ist. Dieses Diagramm zeigt zwei Kurven 10 und 12 für die Änderung der Lichtstärke Y längs einer Linie oder Geraden für zwei Bilder unterschiedlicher Einstellung. Wenn die Lichtstärke durch ein Analysiersystem längs dieser Linie gemessen wird, geben die dargestellten Kurven auch Änderungen der beiden elektrischen Signale wieder, die von dem Analysiersystem für die beiden Bilder abgegeben worden sind, wobei längs der Abszisse die Zeit aufgetragen ist.

Zur Messung der Neigung jeder der Kurven rund um einen Punkt, wird der Elementaranstieg ay der einem Elementaranstieg df der Untersuchungszeit entsprechenden Lichtstärke gemessen. Die Neigung dy/dt ist nun bekannt, wenn dr bestimmt ist. Zur Berechnung der Global- oder Gesamtänderungen der Lichtstärke längs des Übergangs wird anschließend die Summe der Werte dy/df der an allen Meßpunkten erhaltenen Neigungen erzeugt. Es wird ein erstes Summensignal ( Σ ~T~ )

für das erste Bild und ein zweites Summensi / V dy \

gnal I Zu ~a— ) fü^f das zweite \ at J ι

verschiedener Einstellung erhalten.

Da die Zeitabstände dr in der Praxis alle gleich sind, genügt es, die Summe der Elementarabweichungen dy zu messen, um einen zur Übergangsneigung proportio-

Bild bei davon

nalen Wert zu erhalten.

Da nun eine Messung der Änderungen der Lichtstärke über eine vollständige Linie oder Zeile des Bildes erreicht werden soll und nicht !ediglich längs eines Hell-Dunkel-Übergangs, genügt es, den Absolutwert I dy I der Elementarabweichungen zu messen, damit alle diese Abweichungen hinzugefügt werden können, unabhängig von der Richtung des Übergangs. Es werden daher in der Praxis Ausdrücke der Form (Z|d.H)i ^und (ΣΜ>·|)2 gemessen, wobei diese Ausdrücke im folgenden durch die Schreibweise Σι und Σ 2 abgekürzt wiedergegeben werden.

Der Vergleich der Neigungen für die beiden Bilder unterschiedlicher Einstellung wird daher auf einen Vergleich der Werte der Summensignale £i und 2 2 zurückgeführt, die von den beiden Bildern erhallen werden. Die Differenz zwischen den beiden erhaltenen Summen ergibt die Amplitude und die Richtung der für die Einstellung des Mikroskops durchzuführenden Korrektur, wie das anhand von F i g. 3 und 4 im folgenden erläutert wird.

In F i g. 3 ist schematisch der Mikroskoptubus 13 eines Mikroskops mit dessen Objektiv 14 und mit zwei Gegenständen a und b dargestellt. In einer Beobachtungsebene 15 werden Bilder a'und b'der Gegenstände a und b abgebildet. In einer von der Beobachtungsebene 15 liegenden Bildebene 16 werden zwei weitere Bilder a"und 6"der gleichen Gegenstände beobachtet und in einer weiteren Bildebene 17, die hinter der Beobachtungsbildebene 15 liegt werden zwei andere Bilder a'" und b'" beobachtet. Bei einem Übergang von der Beobachtungsebene 15 zur Bildebene 16 oder zur Bildebene 17 ändern sich die geometrischen Eigenschaften der erhaltenen Bilder im gegensätzlichen Sinn. Das ist insbesondere für die Übergangsneigung zwischen den hellen und dunklen Zonen der Fall. Wenn eine Gleichheit der Neigungen für die Bildebenen 16 und 17 beobachtet wird, bedeutet dies, daß diese Neigung ein Extrem in der Beobachtungsebene 15 zeigt. Wenn andererseits die Neigung für die Bilder in der Bildebene 17 viel steiler ist als diejenige für die Ebene 16, bedeutet dies, daß die Bildebene 17 näher an der Beobachtungsebene 15 liegt als die Bildebene 16. Der Vergleich zwischen den Übergangsneigungen an den beiden Bildebenen 16 und 17 ermöglicht daher die Bestimmung des Orts der Beobachtungsebene 15 und damit folglich die Durchführung einer Korrektur der Einstellung.

In der Praxis sind drei Mikroskopausgänge bzw. Ausgangssignale erforderlich, nämlich 5b, Si, und S2, wie das schematisch in Fig.4 dargestellt ist, wobei der Ausgang 5b zur Beobachtung des mit einer richtigen Einstellung erhaltenen Bildes dient und die Ausgänge Si und 52 zur Messung der Änderungen der Lichtstärke der in den beiden Bildebenen 16 und 17 erhaltenen Bilder dienen und damit zur Bildung eines Korrektursignals.

In F i g. 5 weist ein Mikroskop 20, dessen Einstellung automatisch korrigiert werden soll, zwei Meßausgänge auf, die zwei Signalgebern in Formen von Rastern /?, und A₂ für eine Bildanalyse zugeordnet sind, die mit zwei Verarbeitungsschaltungen Ci und C₂ verbunden sind, die an ihren Ausgängen die Summensignale £i und £₂ abgeben.

Die Summensignale £i und £2 werden in einer Vergleichseinrichtung 22 verglichen, die mit einer Schaltung 23 zum Erzeugen eines Korrektursignals als Funktion der Abweichung zwischen den Summensignalen Σι ^u"d Σ.2 verbunden ist, wobei dieses Fehlersigna] einer Einrichtung 24 zur Korrektur der Einstelhmg des Mikroskops 20 zugeführt wird. Die optimale Einstellung oder Regelung der Einstellung bzw. des Einstellpunktes ist erreicht, wenn die von den beiden Schaltungen G und C2 abgegebenen Signale gleich sind.
·■> Jedes Raster R\ und Ri gibt ein Signal 26 ab, das durch eine Folge von Impulsen gebildet ist, die der Folge der an verschiedenen Punkten einer Linie oder Zeile des Bildes erfaßten Lichtstärken entspricht.
Jede der Schaltungen Ci und C2 enthält eine

in Umformerstufe 28, die das vom zugeordneten Raster R\ bzw. /?2 abgegebene Signal 26 in ein Hüllsignal 30 umformt, einen Analog/Digital-Wandler 32, der dieses Hüllsignal 30 gewichtet und eine Folge numerisch oder digital codierter Proben oder Signale abgibt, eine Meßstufe 34, die den Absolutwert | dy | der Inkremente zwischen zwei aufeinanderfolgenden Proben mißt und ein Summationsglied 36, das die Summe Σ I ^Y I ^der Absolutwerte der Inkremente bildet.

Nach vollständiger Analyse einer Zeile des Bildes sind die erhaltenen Summensignale Jj und 2 2 repräsentativ für die Änderungen der Lichtstärke der beiden Bilder.

F i g. 6 zeigt ausführlicher den Aufbau der Schaltungen Ci und C2. Zum leichteren Vergleich mit der Darstellung in F i g. 5 sind die bereits in F i g. 5 dargestellten Blöcke in Fig.6 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die beiden Raster R\ und R2, deren Aufbau weiter unten näher erläutert wird, werden von einem Taktgeber Wi gesteuert, der den Austritt der Impulse taktet, die das Signal 26 bilden. Jedes der Raster Rt und 7?2 enthält einen Zusatzausgang 25, der ein Signal für das Abtastende der Zeile abgibt Da die beiden Verarbeitungsschaltungen Ci und C2 identisch sind, wird im folgenden lediglich eine davon näher beschrieben. Die

η das Hüllsignal 30 für das Signal 26 ergebende Umformerstufe 28 kann von jeder üblichen Art sein. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht sie aus einem Integrator 60, der von einem Paar monostabiler Kippglieder 62 gesteuert wird, von denen

4» eines zeitdauergesteuert ist, einem Videoverstärker 64 und einer Gewichtungsschaltung 66, die durch ein Paar monostabiler Kjppglieder 67 gesteuert wird, deren eines zeitdauergesteuert ist

Die monostabilen Kippglieder 62 und die Gewichtungsschaltung 6 wird von einem Taktgeber Ht gesteuert Die Zeitkonstante des Integrators 60 ist auf einen Wert eingestellt der größer ist als die Zeitdauer, die auf Probenahmen, trennt, derart, daß die Anordnung sich verhält wie eine Schaltung, die die Hülle oder Hüllkurve des Eingangssignals ergibt

Der Takt mit dem die Erfassungssignale aus den Rastern R\ und A₂ ausgelesen werden, ist durch die Frequenz des Taktgebers H\ bestimmt und der Takt der Probenahme durch die Frequenz des Taktgebers H₂.

Diese beiden Frequenzen können in bezug aufeinander beliebig sein, jedoch können sie bei einem einfacheren Ausführungsbeispiel gleich sein. In diesem Fall können die beiden Taktgeber H\ und /Z₂ durch einen einzigen Taktgeber ersetzt sein.

Das analoge Hüllsignal 30 wird in eine Folge digitaler Proben umgesetzt durch den Analog/Digital-Wandler 3Z Die Umsetzung wird mit Hilfe des Taktgebers H₂ und der monostabilen Kippglieder 67 gesteuert Der Ausgang 70 des Analog/Digital-Umsetzers 32 gibt digitale binärcodierte Proben oder Signale ab, und ein Hufs- oder Zusatzausgang 72 gibt ein Signal für das Umsetzende ab.
Zur Berechnung des Absolutwerts des Inkrements

zwischen zwei aufeinanderfolgenden Proben wird eine Meßstufe 34 verwendet, die ein Laufzeitregister 73, dessen Eingang mit dem Ausgang 70 des Analog/Digital-Umsetzers 32 verbunden ist, einen Addierer 74 mit zwei Eingängen und einem Übertragausgang 75, zwei Exklusiv-ODER-Glieder 76 und 78, einen Inverter 80 und ein speicherndes bistabiles Kippglied 82 aufweist.

Diese Meßstufe 34 berechnet zunächst den Absolutwert der Differenz A — S der beiden aufeinanderfolgenden Proben A und B unter_Durchführung einer der ι ο Operationen A + B+\ oder A + B+\, abhängig davon, ob A größer als B ist oder nicht, wobei der Querstrich bedeutet, daß das Komplement zu 1 für die gestrichene Zahl verwendet wird. Es ist nämlich bekannt, daß zur Erzeugung der Differenz zwischen zwe^; binärcodierten ι > Zahlen A und B die identischen Operationen durchgeführt werden können, wobei die Wahl der einen oder der anderen dieser Operationen vom Vorhandensein oder vom NichtVorhandensein _eines Übertrags im Ergebnis der Operation Λ+73+1 abhängt. Der _■< > Addierer 74 empfängt an seinen beiden Eingängen die Zahlen X und Y, wobei X entweder A oder ~Ä und Y entweder B oder B ist, abhängig vom Zustand der Verknüpfungsglieder 76 und 78 und führt die Operation X+ Y+ 1 durch. Das Vorhandensein oder das Nichtvor- r> handensein eines Übertrags im Ergebnis der Operation ergibt über den Übertragausgang 75 ein logisches Signal »1« oder »0«, das den Zustand des speichernden Kippgliedes 82 steuert. Jedes der Exklusiv-ODER-Glieder 76 und 78 verhält sich daher wie eine programmier- )u bare Invertierschaltung.

Wenn ein logisches Signal »1« am Ausgang des Kippgliedes 82 auftritt, dieses Signal »1« an einem der Eingänge des Verknüpfungsglieds 78 anliegt, sowie ein Signal »1« an einem der Eingänge des " Verknüpfungsglieds 76; das Verknüpfungsglied 78 gibt bei einem Bit »1« ein Bit »0« und bei einem Bit »0« ein Bit »1«. Es erfolgt daher eine Invertierung, und die Zahl B wird in die Zahl B umgesetzt; das Verknüpfungsglied 76 gibt bei einem Bit »0« ein Bit ^w »0« und bei einem Bit »1« ein Bit »1«; es überträgt daher die Zahl A ohne Veränderung.
Wenn aber ein logisches Signal »0« am Ausgang des Kippglieds 82 auftritt, wird dieses Signal an den Steuereingang des Verknüpfungsglieds 78 angelegt, ⁴' das nun das Signal B ohne Veränderung überträgt, während das Verknüpfungsglied 76, das von einem Signal »!«^gesteuert ist, die Zahl A invertiert und die Zahl A abgibt. Daher werden _am Eingang des Addierers 74 die Signale A und B oder Ά und B '" erhalten, abhängig davon, ob ein Überlauf am Ausgang 75 vorhanden ist oder nicht Daraus folgt, daß die Meßschaltung 34 die Differenz \A-B\ ergibt.

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Der Analog-Digital-Wandler 32 gibt an seinem Zusatzausgang 72 ein Umsetzende-Signal ab, das durch Inverter 84 verzögert und invertiert und dann dem speichernden Kippglied 82 zugeführt wird, so daß die Meßstufe 34, die die Berechnung der Inkremente bo durchführt, mit der Frequenz der Abgabe der digitalen Proben getaktet werden kann.

Die Summe der Inkremente längs einer Analysenzeile oder -linie wird durch das SummationsgEed 36 gebildet, das einen Digitaladdierer 90 aufweist, dem ein speicherndes Register 92 zugeordnet ist, das durch das Umsetzende-Signal gesteuert wird, das über die Inverter 84 und eine Verzögerungsleitung 86 zugeführt wird. Die Wirkungsweise einer derartigen Schaltungsanordnung ist bekannt. Der Addierer 90 empfängt einerseits das Rechenergebnis, das von der Meßstufe 34 für zwei Proben erhalten worden ist, und andererseits das Rechenergebnis für die vorhergehenden Proben, ein Ergebnis, das in dem Register 92 gespeichert worden ist. Der mit dem Ausgang des speichernden Registers 92 verbundene Ausgang 94 gibt daher zu jedem Augenblick die Summe Σ | dy | Inkremente | dy | wieder, die von der Meßschaltung 34 berechnet worden sind. Am Ende der Abtastung einer Linie oder Zeile kann diese Summe in einem speichernden Register 38 gespeichert werden, das durch das Abtastende-Signal gesteuert wird, das von dem Zusatzausgang 25 zugeführt ist.

Die speichernden Register dieser Schaltungsanordnung, nämlich das Register 73, das zur Berechnung der Elementar-Inkremente dient, das Register 92, das zur Berechnung der Summe der Inkremente dient, und das Register 38 werden periodisch mittels Nuilrückstell-Impulsen auf Null rückgestellt, die über einen Anschluß 120 zugeführt werden und zu geeigneten Augenblicken den Registern zugeführt werden, nämlich entweder direkt, wie beim Register 73, oder mit einer bestimmten Verzögerung, die durch Inverter 121 erreicht ist, im Fall des Registers 92 oder über ein monostabiles Kippglied 122 im Fall des Registers 38.

F i g. 7 und 8 zeigen schematisch den Aufbau eines zur Bildanalyse verwendbaren Rasters.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 7) weist dieses Raster R\ oder /?2 eine Reihe von Fotodetektoren 130 auf, die das eine der beiden vom Mikroskop vorgegebenen zu analysierenden Bilder empfangen. Diese Fotodetektoren 130 sind vorteilhaft Fotodioden. Die von diesen abgegebenen Signale werden in ein als Zwischenspeicher dienendes Schieberegister 132 übertragen, das so viele Speicherplätze aufweist, wie es Fotodioden bzw. Fotodetektoren 130 gibt und das vorteilhaft ein ladungsgesteuertes Bauelement, kurz CCD. ist. Wenn A/zu analysierende Punkte in einer Linie oder Zeile des Bildes vorgesehen sind, weist das Schieberegister 132 daher /^Speicherplätze auf, die Fotodioden zugeordnet sind.

Ein erster Taktgeber 134 ermöglicht die Steuerung der Übertragung der von den N Fotodioden abgegebenen Signale in die N Speicherplätze des Schieberegisters 132. Ein zweiter Taktgeber 136 steuert die Abführung der in das Schieberegister 132 eingeschriebenen Informationen eine nach der anderen, um das Signal 26 zu bilden, bei der jede Spitze schließlich die Amplitude des von einer der Fotodioden 130 abgegebenen Signals wiedergibt. Der zwei Spitzen des Signals 26 trennende Zeitabstand ist natürlich gleich der Taktperiode des Taktgebers 136, und die gesamte Abtastdauer der Zeile oder Linie entspricht der Taktperiode des Taktgebers 134. Selbstverständlich kann statt der Taktgeber 134 und 136 auch ein einziger Taktgeber vorgesehen sein, der mit geeigneten Frequenzteilern versehen ist.

Eine weitere Analysiereinrichtung, die vollständiger als die eben beschriebene ist, kann ebenso verwendet werden. Sie enthält gemäß der Darstellung in Fig.8 eine Matrix 138 aus N-P Fotodioden, die mit einer Anordnung aus N Schieberegistern mit jeweils P Speicherplätzen verbunden ist, wobei jedes Schieberegister einer Spalte der Matrix 138 der Fotodioden zugeordnet ist. Em Taktgeber 142 ermöglicht die Übertragung der von den N-P Fotodioden abgegebenen Signale in die N-PSpeicherpIätze der Schieberegi-

ster der Anordnung. Das Raster /?i oder /?? enthält weiter ein zusätzliches Schieberegister 144 mit N Speicherplätzen, wobei jeder Speicherplatz einer der die Schieberegister der Anordnung bildenden CCD 140 zugeordnet ist. Mittels eines zweiten Taktgebers 146 ^r> können nacheinander einzeln die Inhalte der CCD 140 in das Schieberegister 144 übertragen werden, das bevorzugt ebenfalls als CCD ausgebildet ist.

Wenn die Inhalte der letzten Zellen oder Speicherplätze der verschiedenen CCD 140 in das Schieberegister 144 übertragen worden sind, steuert ein dritter Taktgeber 148 die Übertragung dieser Inhalte zu den außerhalb befindlichen Schaltungen. Auf diese Weise wird an einem Ausgang 150 das bereits erläuterte Signal 26 erhalten. Wenn auf diese Weise eine gesamte Linie oder Zeile analysiert worden ist, gibt der Taktgeber 146 einen neuen Impuls ab, wodurch der Inhalt der CCD 140 um einen Schritt weiterverschoben wird und wodurch in das Register 144 eine neue Folge von Signalen übertragen wird, die dann mittels des Taktgebers 148 zu den Verarbeitungsschaltungen Q und C₂ übertragen werden.

Die Frequenz des Taktgebers 142 entspricht daher der Frequenz der Bildabtastung, die des Taktgebers 146 der Frequenz der Zeilenabtastung und die des Taktgebers 148 der Frequenz der Spitzen des Signals 26.

Mit Bezug auf die Darstellungen in F i g. 3 und 4 ist festzustellen, daß es vorzuziehen ist, den Rastern für die gleiche Definition unterschiedliche Abmessungen zu geben, dami* sie genau den gleichen Teil des Gegenstandes analysieren. Wenn sie nämlich die gleiche Abmessung besitzen, wird das in der Bildebene 17 angeordnete Raster von einem viel größeren Bild beaufschlagt als das, das in der Bildebene 16 angeordnet ist, und die von diesen Rastern abgegebenen Signale entsprechen nicht genau den gleichen Bildern. Selbstverständlich ist die Verwendung von CCD lediglich ein Ausführungsbeispiel, und selbstverständlich können auch andere Schieberegister verwendet werden.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung empfängt die Korrektureinrichtung für die Einstellung ein Signal, das eine Funktion der Abweichung zwischen den Summen 2i und Σ2 ist Bei einem einfachen Ausführungsbeispiel kann das Korrektursignal proportional der Differenz Σ'-Σ* sein. Wenn die Korrektureinrichtung einen Motor enthält, dreht sich dieser um einen Betrag, der proportional dieser Abweichung ist, wobei die Drehrichtung durch die Polarität des Korrektursignals vorgegeben ist

Em solches Ausführungsbeispiel ist durch die Schaltungsanordnung von F i g. 9 wiedergegeben.

Der Vergleich zwischen den Summensignalen Σ ι und Σ2 erfolgt mittels einer Vergleichsschaltung 40, die durch einen Digits-Vergleicher 96 und ein speicherndes Kippglied 98 gebildet ist Dieser numerische oder Digital-Vergleicher 96 gibt ein Signal ab, dessen Polarität von den relativen Größen der Summensignale Σι und Σ2 abhängt Am Ende jeder Zeilenabtastung steuert das Abtastende-SignaL das über den Zusatzausgang 25 zugeführt wird, das speichernde Kippsignal 98, das an seinem Ausgang 42 ein Signal abgibt, dessen Polarität oder allgemeiner dessen logischer Zustand die Drehrichtung für einen Motor 112 vorgibt, der der Korrektureinrichtung 24 der Einstellung des Mikroskops 20 zugeordnet ist

Die Amplitude dieser Korrektur wird durch eine Vergleicherschaltung 44 vorgegeben, die einen Subtrahierer 100, ein speicherndes Kippglied 102 und zwei

50

55 Exklusiv-ODER-Glieder 104 und 106 aufweist, die vom Kippglied 102 gesteuert werden, das seinerseits durch ein Signal gesteuert wird, das von der Verzögerungsleitung 86 (Fig.6) abgegeben und durch Inverter 103 verzögert wird. Der Ausgang 46 der Vergleicherschaltung 44 führt somit ein Signal proportional zur Abweichung Σ'~~Σ2· ^und dieses Signal bildet das Fehlersignal, das zur Steuerung der Drehzahl des Motors 112 verwendet wird.

In der Praxis ist es vorteilhaft, ein Schwellenwertsystem zu verwenden mit einer Schwellenwertanzeige 48, beispielsweise mittels Codierscheiben, die das Schwellenwertsignal einem Vergleicher 50 zuführt, der gleichzeitig das Fehlersignal vom Ausgang 46 erhält. Wenn das Fehlersignal größer als der von dem System mit Codierscheiben zugeführten Schwellenwert ist, wird am Ausgang 52 des Verglcichers 50 ein Steuersigna! für die Drehung des Motors 112 abgegeben über eine Zählstufe 54 und eine Erlaubnisschaltung 56 für die Steuerung.

Die Erfindung ist nicht auf den Fall beschränkt, in dem das Steuersignal proportional der Abweichung zwischen Σι und Σ 2 >^st· sondern umfaßt selbstverständlich auch den Fall, daß das Steuersignal eine Funktion dieser Abweichung ist, wobei diese Funktion nicht notwendigerweise eine Proportionalitätsbeziehung sein muß. Beispielsweise kann eine Schaltung zur Bildung des Korrektursignals verwendet werden, die Einrichtungen aufweist, um Signale konstanter Amplitude zu erzeugen, unabhängig vom Wert der Differenz Σι~Σ2· wobei diese Impulse über ein Verknüpfungsglied einem Motor zugeführt werden, sowie Einrichtungen zum Verriegeln des Verknüpfungsglieds, und damit zum Unterbrechen der Drehung des Motors bei optimaler Einstellung. Darüber hinaus kann die Schaltung eine Einrichtung zur Bestimmung der Drehrichtung des Motors aufweisen. Das ist beispielsweise ein bistabiles Kippglied, dessen Zustand diese Drehrichtung bestimmt Eine derartige Schaltung ist in F i g. 10 dargestellt

Die in Fig. 10 gezeigte Schaltung enthält eine Generatorschaltung 150 zum Erzeugen von Rechteck-Steuerimpulsen, wobei diese Schaltung beispielsweise durch einen Schmitt-Trigger gebildet sein kann, zwei reihengeschaltete monostabile Kippglieder M\ und Mt, deren erstes durch die von der Generatorschaltung 150 abgegebenen und in einem Inverter 151 invertierten Impulse gesteuert wird, einen digitalen Vergleicher 152, der die digitalen Signale Σι ^unc' Σ 2 empfängt und der zwei Ausgänge b und c aufweist die in den beiden möglichen Fällen der relativen Anordnung der beiden Signale Σ· ^und Σ 2 verwendet werden, die an den Eingängen anliegen. Wenn A < B, dann liegt der Ausgang b auf einer logischen »1« und wenn A > B, dann liegt der Ausgang c auf einer logischen »1«. Die dargestellte Schaltung weist außerdem zwei binäre reihengeschaltete Kippglieder B\ und B₂ auf, wobei der Ausgang Q des KippgHeds B\ mit einer Leitung 153 verbunden ist, die ein Signal, dessen Polarität oder allgemeiner dessen logischer Zustand die Drehrichtung eines Motors 112 zur Korrektur der Einstellung bestimmt, wobei ein am Ausgang Q des Kippglieds B₂ auftretendes Signal über eine Leitung 154 dem Eingang eines UND-Glieds 155 zugeführt wird, das darüber hinaus mit dem Ausgang Q des monostabilen Kippglieds Af₁ verbunden ist, wobei der Ausgang 156 des UND-Glieds 155 vom monostabilen Kippglied M\ abgegebene Steuerimpulse dem Motor 112 zugeführt, und wobei schließlich ein UND-Glied 158 an "einem

Eingang mit dem Ausgang Q des bistabilen Kippglieds S₂ und am anderen Eingang mit den Ausgängen b und c des Vergleichers 152 über Verknüpfungsglieder verbunden ist, die in der Darstellung von Fig. 10 durch ihre üblichen Symbole dargestellt sind.

Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist folgende: Der Motor 112 wird durch vom monostabilen Kippglied M\ stammende Impulse gesteuert, die eine Amplitude und eine Dauer haben, die unabhängig ist von der Abweichung zwischen den beiden Summensignalen 21 und ^2· Die Stillsetzung des Motors 112 erfolgt durch Soerren des UND-Glieds 155. Das bistabile Kippglied ßi dient zur Bestimmung der Drehrichtung des Motors 112.

Dabei sind zwei Fälle möglich:

1. Die Ungleichheit zwischen 2i und 2 2 '^st derart, daß der Vergleicher 152 an seinem Ausgang c ein logisches Signal »1« abgibt Dieses Signal wird über Verknüpfungsglieder dem Takt-Eingang H des bistabilen Kippglieds B\ zugeführt, das den Zustand ändert. Diese Zustandsänderung ändert den Zustand am Ausgang Q und damit folglich das über die Leitung 153 übertragene Signal, das die Drehrichtung des Motors 112 festlegt, wodurch sich diese Drehrichtung umkehrt. Der Motor 112 dreht sich um so lange, bis eine Summe größer wird als die andere, beispielsweise das Summensignal 2i größer wird als das Summensignal 22, was anzeigt, daß sich die Einstellung verbessert. Wenn ein Summensignal 2> erhalten wird, das kleiner ist als das Summensignal 22. bedeutet dies, daß die optimale Einstellung überschritten wird. Diese Ungleichheit erzeugt eine Zustandsänderung des bistabilen Kippglieds Si, wodurch die Drehrichtung des Motors 112 geändert und eine bessere Einstellung erreicht wird. Jedoch erzeugt diese Zustandsänderung des bistabilen Kippglieds Si eine Zustandsänderung des bistabilen Kippglieds S₂ und damit eine Zustandsänderung an dessen Ausgang Q, der vom Logikpegel »1« zum Logikpegel »0« übergeht Der Übergang des Ausgangs Q des bistabilen Kippglieds B₂ auf den logischen Zustand »0« verriegelt das UND-Glied 155, und der Motor 112 empfängt keine Steuerimpulse mehr. Er hört auf, sich zu drehen, und die Einstellung kann als gut betrachtet werden.

2. Die Ungleichheit zwischen 2i ^ur>d 2 2 ist derart,

daß der Vergleicher 152 an seinem Ausgang b ein logisches Signal »1« abgibt. Das bedeutet, daß die Drehrichtung des Motors 112 richtig ist und daß sich die Einstellung verbessert. Das bistabile Kippglied Si ändert den Zustand nicht, und die Drehung des Motors 112 setzt sich fort, bis wie beim vorstehenden Fall die Änderung der Richtung der Ungleichheit, die vom Vergleicher 152 erfaßt wird, den Zustand des bistabilen Kippglieds Si ändert. Die Drehrichtung des Motors 112 kehrt sich um, und unvermeidbar werden nach mehreren Umdrehungen Summen erreicht, die zunehmend werden. Sobald von neuem ein Summensignal 2i. das kleiner ist als das Summensignal £2. erkannt wird, bedeutet dies, daß die optimale Zone überschritten wird.

Das bistabile Kippglied S, ändert den Zustand, wodurch eine Zustandsänderung am zweiten bistabilen Kippglied B₂ ausgelöst wird, dessen Ausgang O auf den Logikpegel »0« übergeht, wodurch das UND-Glied 155 verriegelt oder gesperrt wird. Der Motor 112 empfängt keine Steuerimpulse mehr. Die Einstellung ist erreicht.

Die Schaltung von Fig. 10 enthält weiter eine Einrichtung, die ein Wiederanlaufen des Motors 112 ermöglicht, wenn die Summensignale 2i ^und Σ2 ^s'^cn infolge einer Regelverstellung der Einstellung oder

infolge einer Änderung des beobachteten Gegenstands verändern. Wenn eine derartige Regelverstellung oder Regelabweichung erzeugt wird, gibt der Vergleicher 152 einen Ungleichheits-impuls ab, der schließlich dem Eingang des UND-Glieds 158 zugeführt wird, das vom

Ausgang Q des bistabilen Kippglieds B₂ gesteuert wird. Unter der Annahme, daß der Motor 112 angehalten ist und daß folglich das UND-Glied 155 verriegelt oder gesperrt ist, befindet sich der Ausgang Q des bistabilen Kippglieds S₂ auf dem Logikpegel »0« und der Ausgang

(? auf dem Logikpegel »1«. Das UND-Glied 158 ist somit durchgeschaltet Der vom Vergleicher 152 abgegebene Impuls kann das UND-Glied 158 durchlaufen und das bistabile Kippglied S₂ an dessen Eingang 159 zur Rücksetzung auf den Anfangszustand, dem soge-

nannten »preset«-Eingang, erreichen. Das bistabile Kippglied B₂ ändert seinen Zustand, wodurch das UND-Glied 155 entriegelt wird und wieder die Zuführung von Steuerimpulsen zum Motor 112 ermöglicht. Der erläuterte Vorgang bei den unter-

schiedlichen Fällen läuft dann wieder ab.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum automatischen Nachführen der Einstellung eines Mikroskops auf eine bildseitige Beobachtungsebene mit zwei Signalgebern, von denen der eine vor und der andere in gleichem Abstand hinter der einzuhaltenden Beobachtungsebene angeordnet ist und jeder eine Gruppe von Fotodetektoren umfaßt, die jeder jeweils einem bestimmten Bildpunkt in der Beobachtungsebene zugeordnet sind, und mit einer Vergleichseinrichtung, die aus einer etwaigen Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden Signalgeber einen Steuerbefehl für einen Stellmotor zum Ändern der Mikroskopeinstellung gewinnt, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der beiden Signalgeber (Ri, R₂) jedem der Fotodetektoren (130) je ein Speicherplatz in einem Zwischenspeicher (132; 144) für eine aufeinanderfolgende Auslesung der von den einzelnen Fotodetektoren abgegebenen Ausgangssignale zugeordnet ist, daß jedem der beiden Signalgeber eine gesonderte Verarbeitungsschaltung (Q bzw. C₂) nachgeordnet ist, die eine Umformerstufe (28) zum Bilden eines analogen Hüllsignals (30) aus den aus dem zugehörigen Zwischenspeicher abgerufenen Ausgangssignalen der Fotodetektoren des entsprechenden Signalgebers, einen Analog/Digital-Wandler (32) zum Erzeugen einer Folge von Digitalsignalen aus dem analogen Hüllsignal, eine Meßstufe (34) zum Messen des Absolutwertes für das Inkrement zwischen zwei aufeinanderfolgenden Digitalsignalen aus dem Analog/Digital-Wandler und ein Summationsglied (36) zum Aufsummieren der einzelnen Inkremente aufweist, und daß die Vergleichseinrichtung (22) mit je einem Eingang an den Ausgang eines der beiden Summationsglieder angeschlossen ist und von diesem jeweils ein dem Bildkontrast für das von dem jeweiligen Signalgeber erfaßte Gesamtbild proportionales Summensignal (£i bzw. 22) zugeführt erhält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Vergleichseinrichtung (22) eine Korrektureinrichtung (24) zum Verstellen des Stellmotors (112) angeschlossen ist, die von einer Schaltung (23) zum Erzeugen eines Korrektursignals betrieben wird, die eine Einrichtung zum Erzeugen von Impulsen mit fester Amplitude, ein Verknüpfungsglied zum Zuführen dieser Impulse zum Stellmotor, eine Einrichtung zum Verriegeln des Verknüpfungsgliedes bei optimaler Mikroskopeinstellung, eine bistabile Kippschaltung (B₁, B₂), deren Zustand die Drehrichtung für den Stellmotor bestimmt, und eine Einrichtung zum Ändern des Zustande der bistabilen Kippschaltung in Abhängigkeit von der Polarität der Ungleichheit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Summensignalen (£i, Σ 2) enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstufe (34) für den Absolutwert des Inkrements zwischen aufeinanderfolgenden Proben einen digitalen Addierer (74) mit zwei Eingängen, einem Signalausgang und einem Überlaufausgang, ein erstes Exklusiv-ODER-Glied (76) mit zwei Eingängen und einem mit einem Eingang des Addierers verbundenen Ausgang, ein zweites Exklusiv-ODER-Glied (78) mit zwei Eingängen und einem mit dem anderen Eingang des Addierers verbundenen Ausgang, ein Verzögerungsregister (73) mit einem an den Ausgang des Analog/Digital-Wandlers (32) angeschlossenen Eingang und einem mit einem der Eingänge des zweiten Exklusiv-Oder-Gliedes verbundenen Ausgang und ein speicherndes Kippglied (82) mit einem an den Überlaufausgang des Addierers angeschlossenen Eingang und mit einem Ausgang aufweist, der direkt mit dem anderen Eingang des zweiten Exklusiv-ODER-Gliedes und über einen Inverter mit einem Eingang des ersten Exklusiv-ODER-Gliedes verbunden ist, dessen anderer Eingang an den Ausgang des Analog/Digital-Wandlers (32) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenspeicher in Form von Schieberegistern (132, 144) aus ladungsgekoppelten Einrichtungen ausgebildet sind.