DE7123708U - Einrichtung zur Korrektur der Grauwert bildung bei einem Bildwandler - Google Patents

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dlpl.-lng. H. BERΚΪΝFELD, Patentanwälte, ΚδΙη

Anlag· Aktenzeichen G 71 23 708.6

xureingab·vom 6. September 1971 vA. Named.Anm. Image Analysing

Computers Limited

/Einrichtung zur Korrektur der Grauwertbildung bei einem BiId- ___ wandler "">

BIe Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Korrektur der Grauwertbildung bei einem Bildwandler· Insbesondere bezieht sie sich auf eine Vorrichtung zur Korrektur der Schattierung in einem Bildwandler eines BiManalysiersystems.

In einem Bildwandler wird ein Feld beleuchtet und ein endgültiges Bild des Feldes wird durch eine Abbildungsvorrichtung er-

Videosignal zu erzeugen. Durch Verwendung dieses Signals oder von demselben abgeleiteter Signale können durch den Rest des Bildanalyslersystems Messungen ausgeführt werden, die sich auf den Inhalt des Feldes beziehen.

Wenn die Amplitude des Videosignals in irgendeinem Augenblick die Helligkeit (das heißt die Grauskala) des in diesem Augenblick abgetasteten Punktes des Bildes darstellt, erscheint die Schattierung als eine Veränderung der Amplitude d&s Videosignals, wenn das Feld ein gleichmäßiges Grau enthält. Die Schattierung kann auf drei verschiedene Arten entstehen:

1. Das Feld kann ungleichmäßig beleuchtet sein infolge von Störungen in der Beleuchtungsquelle·

2· Dl· Lichtstrahlen voa beleuchteten Feld können quer zum Bereich des Feldes la optischen System des Bildwandlers ungleicfceäßl« behandelt werden, so daß ein ungleichmäßig bell 70/14

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- 2 leuchtetes endgültiges Bild erzeugt wird.

3. Die Vorrichtung (zum Beispiel eine Fernsehkamera), durch welche das endgültige Bild in ein elektrisches Videosignal umgewandelt wird, kann salbst eine solche nicht-lineare übertragungscharakteristik aufweisen, daß ein Videosignal mit ungleichmäßiger Amplitude erzeugt werden kann durch Abtasten eines vollkommen gleichmäßig beleuchteten endgültigen Bildes, das auf dem lichtempfindlichen Leuchtschirm erzeugt wird.

Ein Bildwandler, in welchem die Amplitude des Videosignals, die einem Teil eines gleichmäßig grauen Feldes entspricht, größer ist als jene, die dem Rest des Feldes entspricht, ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch ein Korrekturelement, das in der Lichtbahn des Bildwandlers angeordnet ist, der einen Bereich verringerten Lichtleitvermögens aufweist, durch den die Lichtstrahlen, weiche diesen Teil des Feldes beleuchten öder vöü demselben reflektiert oder übertragen werden, hindurchgehen müssen, wobei das verringerte Lichtleitvermögen ausreichend ist, um die Amplitude des Videosignals zu verringern, die diesem Teil des Feldes entspricht, so daß sie jener gleich ist, die dem Rest des Feldes entspricht.

Wenn die Beleuchtungsquelle ein Lichtbündel erzeugt, in welchem die Strahlungsdichte über die Querschnittsfläche in einem Bereich größer ist als im Rest desselben, so daß das Feld selbst ungleichmäßig beleuchtet ist, wird das Korrekturelement vorzugsweise zwischen der Quelle und dem Feld angeordnet.

Das Korrekturelement kann von gleichmäßiger Dicke sein, die parallel zu seiner optischen Achse gemessen wird, und einen Lichtabsorptionsfaktor aufweisen, der in diesem Bereich größer ist als im Rest desselben. Dies kann erreicht werden, indem für die getrennten Bereiche des Korrekturelements Materialien mit un-

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- 3 -terschiedlichem Absorptionsfaktor verwendet werden.

Das Element kann aber auch aus einem Material gebildet werden, das einen gleichmäßigen Absorptionsfaktor aufweist, und die Dikke des Elsasnts kann über einen Teil d$r Fläche vergrößert werden, durch welche das Licht hindurchgeht, um einen Bereich zu erzeugen, der eine größere Absorption aufweist als der Rest· Wenn dies ergibt, daß mindestens eine der Oberflächen des Elements (entweder konkav oder konvex) gekrümmt ist, so daß das Element eine Fokussierungswirkung besitzt, kann das Element zweckmäßig einen Teil eines Fokussierungssystems im Bildwandler ( ' bilden· Wenn dies nicht zweckmäßig ist, kann ein komplementäres Element vorgesehen werden, das aus einem n±ht absorbierenden Material gebildet ist und das eine Fokussierungscharakteristik aufweist, welche jener des Korrekturelements entgegengesetzt ist.

Bei einer abgeänderten ÄUBiühxv^TBiorm kann der Bereich, verringerten Leitvermögens aus einer fiteste aus einem Material bestehen, das lichtundurchlässig oder halbundurchlässig ist, und welche zwischen einer Ausgangspupille und einer Stelle angeordnet ist, an welcher sich die Ausgangspupille im Brennpunkt befindet, wobei die Fläche der Maske kleiner ist als jene der Ausgangspujnt pille. Die Maske kann beispielsweise zwischen der letzten Ausgangspupille des Feldbeleuchtungssystems und dem Feld angeordnet werden.

Wenn die Ungleichmäßigkeit der Beleuchtung im allgemeinen (wie gewöhnlich) eine solche radiale Symmetrie aufweist, daß die Lichtintensität in der Mitte des Feldes am größten ist, ist die Form der Maske vorzugsweise jener der Ausgangspupille ähnlich. Wenn daher die Ausgangspupille kreisförmig ist, kann die Maske aus einer lichtundurchlässigen kreisförmigen Platte oder einem lichtundurchlässigen Ring oder einem lichtundurchlässigen mehrspitzigen Stern bestehen. Jede Form erzeugt ihre eigene besondere Korrekturcharakteristik.

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Selbstverständlich kann das Korrekturelement zwischen der Beleuchtungsquelle und dem Feld oder zwischen dem Feld und dem durch die Abbildungsvorrichtung erzeugten endgültigen Bild angeordnet werden.

In der Praxis ergibt sich, daß die Ungleichmäßigkeit der Beleuchtung fast stets einem radialen Muster folgt und eine Korrektur ersten Grades kann durch ein linsenartiges Korrekturelement erzielt werden, das eine kugelförmig gekrümmte Oberfläche aufweist. Wenn ,jedoch die Veränderung der Beleuchtung ein komplizierteres Muster ist oder ein höherer Grad der Korrektur er-J forderlich ist, wird eine einfache Linse nicht genügen und eine Linse aus einem absorbierenden Material muß verwendet werden, die eine asphärische Oberfläche aufweist.

Zwei oder mehr Korrekturelemente können hintereinander angeordnet werden. Beispielsweise kann ein Korrekturelement zwischen der Beleuchtungsquell© und des Feld angeordnet «erden und ein zweites Korrekturelement zwischen dem Feld und dem endgültigen Bild der Abbildungsvorrichtung·

Nachstehend werden beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt:

Fig. 1 grafisch eine typische Veränderung der Beleuchtung: von der Mitte bis zum Rand eines Feldes, das durch eine unkorrigierte Beleuchtungsquelle beleuchtet wird,

Fig. 2 eine Beleuchtungsquelle, die mit einem Korrekturelement gemäß der Erfindung versehen ist,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Korrekturelenent, das als eine nicht fokussierende Linse ausgebildet ist,

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Fig. 4 einen Querschnitt durch ein anderes Korrekturelement, das ebenfalls keine Fokussierungswirkung aufweist,

Fig. 5 eine abgeänderte Ausführungsform, bei welcher eine Masl:e zwischen der Ausgangspupille der Beleuchtungsquelle und dem Feld angeordnet ist.

Die Figuren 5a bis 5c veranschaulichen verschiedene Formen der Maske·

Fig. 6 ist eine schiaubildliche Ansicht einer Anordnung, die auf Fig„ 5 basiert.

Die Figuren 7a bis 7d veranschaulichen, wie sich die Wirkung der Maske der Ausführungsform gemäß Fig, 5 für verschiedene Stellungen im Feld verändert.

Fig. 8 veranschaulicht grafisch, wie die Veränderung des durch die Maske erzeugten Lichtdurchtritts die Schattierung kompensieren und ein gleichmäßiges Beleuchtungsmuster erzeugen kann.

Die Veränderung der Beleuchtung des endgültigen Bildes in einem Mikroskop, von der Mitte des Blickfeldes bis zum Rand des Blickfeldes, ist in Fig. 1 grafisch dargestellt· Es wird angenommen, daß die Beleuchtung in der Mitte des Blickfeldes 100 % beträgt und am Rand des Blickfeldes um d % abnimmt· Diese Abnahme des Beleuchtungsniveaus ist nicht notwendigerweise linear und wird in den meisten Fällen eine komplizierte Kurve sein. Bei einem ersten Grad der Annäherung kann jedoch angenommen werden, daß die Abnahme eine radiale Symmetrie aufweist und einer Bahn folgt, die einem Kreissegment entspricht.

Die durch ein Stück homogenen Filterglases übertragene Lichtmenge wird von dessen Dicke abhängen. Wenn sich die Dicke ver-

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ändert, wird sich auch die durch dasselbe übertragene Lichtmenge verändern. Ein besonderes Stück Filtex^las wird daher ein hohes Lichtleitvermögen aufweisen, wenn der Durchgang des Lichts durch dasselbe wenig oder keine Beschränkung erfährt. Umgekehrt wird ein geringes Lichtleitvermögen einem Filterglas entsprechen, welches nur einen kleinen Prozentsatz des gesamten auffallenden Lichts durchläßt.

In Fig. 2 der Zeichnung wird ein Feld 10 durch Lint von einer Lampe 12 beleuchtet. Das Licht der Lampe wird durch eine Sammellinse 14 gebündelt und der Rest des Systems stellt das üb-C liehe Beleuchtungssystem von Kohler durch auffallendes Licht für ein Lichtmikroskop dar. Zu diesem Zweck sind eine Lochblende 16 und eine Blickfeldblende 18 mit den zugehörigen Linsen und 22 vorgesehen. Das Licht von "!er Linse 22 wird mittels eines reflektierenden Spiegels 24 durch das Objektiv 26 des Lichtmikroskops auf die Oberflä».ne einer Probe reflektiert, welche das Feld 10 bildet.

Ein Korrekturelement 28 ist zwischen der Blickfeldblende 18 und dem Spiegel 24 in einer zweckmäßigen Stellung angeordnet, die der durch die Linse 22 bestimmten Lage des Brennpunkts naheliegt. Das Element 28 befindet sich vorzugsweise nicht tatsächlich im Brennpunkt in der Ebene des Feldes 10 und zu diesem Zweck ist das Element 28 von der Blickfeldblende 18 etwas nach rechts verschoben, welche im Brennpunkt des Feldes 10 liegt.

Bei einem typischen Bildwandler ist der Mittelpunkt des Feldes stärker beleuchtet als die Umfangsbereiche. Das Element 28 ist daher in der Form einer positiven Linse aus Filterglas dargestellt, wobei die erhöhte Dicke im mittleren Bereich 29 der Linse ein vermindertes Lichtleitvermögen in diesem Bereich relativ zu den Umfangsbereichen ergibt.

Bei dem dargestellten Beispiel muß das Korrekturelement 28 kei-

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ne Fokussierungswirkung auf die Lichtstrahlen haben. Zu diesem Zweck ist in die Lichtbahn ein komplementäres Element 30 in Form einer negativen Linse eingeschaltet, die eine gleiche, aber negative Fokussierungswirkung aufweist und die aus einem kein Licht absorbierenden Material geformt ist, wie zum Beispiel durchsichtigem Glas, das die gleiche Brechungszahl und die gleichen Dispersionswerte wie das Filterglas besitzt.

Die beiden Elemente 28 und 30 können als eine zementierte Dublette ausgebildet werden, wie Fig. 3 zeigt. Die Gesamtdicke der Dublette kann klein gemacht werden, wenn ein entsprechendes Filterglas gewählt wird. Der Krümmungshalbmesser R der Filterlinse 30 bestimmt die Form der Korrekturcharakteristik, die auf das durch die Dublette hindurchgehende Licht zur Einwirkung kommt. Ein kleiner Wert von R erzeugt eine stärkere Verringerung der Beleuchtung in der Mitte des Feldes und ein größerer Wert von R eine entsprechend kleinere Verringerung.

Eine typische Dicke für die in Figo 3 dargestellte Dublette ist 1,5 mm bei einem Durchmesser von 20 mm.

Eine abgeänderte Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt. Wie bei der Ausführungsform gemäß Flg. 3 hat das Element die Form einer Dublette und soll eine besondere Art der Korrektur nur im mittleren Bereich des Feldes erzeugen. Das Element kann durch Abschleifen der in Fig. 3 gezeigten Dublette gebildet werden, um einen kleinen Korrekturbereich 32 zu erzeugen.

Die äußeren Oberflächen der Korrekturelemente werden vorzugsweise mit einem antireflektierenden Überzug bekannter Art versehen.

Obwohl es nicht dargestellt ist, kann ein Satz von Korrekturelementen ausgebildet werden, die alle den gleichen Halbmesser R aufweisen, aber aus Filtergläsern mit unterschiedlichen Absorptionswerten bestehen. Der Satz der Filter kann dann in ei-

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nem Schieber angeordnet werden, welcher in die Optik des Bildwandlers eingesetzt wird, so daß das Element ausgewählt werden kann, welche« die beste Korrektur ergibt. Der Halbmesser R wird so gewählt, laß die kugelförmige Oberfläche nahezu mit der gekrümmten Oberfläche Übereinstimmt, welche notwendig ist, um. die ungleichmäßige Beleuchtung vollständig zu korrigieren.

Eine abgeänderte Ausführungsform des Korrekturelements ist in Fig. 5 dargestellt. In diesem Fall bewirkt die Ausgangspupille 34 die Beleuchtung eines Feldes 36. Es kann ar^enommen werden, daß das Licht, welches irgendeine Stelle des Feldes erreicht, Φ von einer in der Stellung der Ausgangspupille liegenden Quelle kommt, deren Durchmesser gleich jenem der Ausgangspupille ist und die gewöhnlich eine ziemlich gleichmäßige Beleuchtung bewirkt. Infolgedessen kann angenommen werden, daß irgendeine Stelle des Feldes, wie zum Beispiel die Stelle 38, von einem Lichtkegel beleuchtet wird (wobei angenommen wird, daß die Ausgangspupille kreisförmig ist), der in der zweidimensionalen Darstellung der Fig. 5 durch die beiden Linien 40, 42 begrenzt ist. Ebenso würde die Stelle 44 durch den Lichtkegel beleuchtet werden, der durch die unterbrochenen Linien 46, 48 begrenzt 1st.

Das Korrekturelement 49 besteht aus einem lichtdurchlässigen Umkreis 51 und einer mittleren kleinen kreisförmigen Platte 50. Das Element ist zwischen der Ausgangspupille 34 und dem Feld angeordnet, wie Fig. 5 zeigt. Durch Auswahl der Größe des Elements kann der die Stelle 44 beleuchtende Lichtkegel verringert oder vollständig eliminiert werden, während die die anderen Stellen, wie zum Beispiel die Stelle 38, beleuchtenden Lichtkegel nicht beeinflußt werden. Stellen zwischen der mittleren Stelle 44 und dem Umfang des beleuchteten Teils des Feldes 36 werden eine größere oder kleinere Verringerung der Lichtmenge erfahren, welche die Stelle erreicht, je nachdem, wie nahe diese Stelle der mittleren Stelle 44 liegt.

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Öle Ausgangspupille kann Irgendeine zweckmäßige Form aufweisen. In der schaubildlichen Ansicht der Figur 6 ist eine viereckige Ausgangspupille 52 dargestellt und eine entsprechend geformte Maske 54 XBt zwischen der Auügangspupille und der Stelle 56 angeordnet, an welcher sich die Ausgangspupille 52 im Brennpunkt befindet. In. Flg. 7a ist die Maske 54 von der Stelle 56 gesehen, das heißt auf der optischen Achse 58. Die Ausgangspupille 52 ist sichtbar und die Maske 54 ist der Mitte der Ausgangspupille überlagert. Wenn die Stelle, von welcher die Maske 54 gesehen wird, von der Stelle 56 in Fig. 6 nach links bewegt wird, wird sich die Maske 54 nach rechts bewegen, wie in Fig. 7b gezeigt ist. Bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Maske 54 einen Rand der Ausgangspupille kreuzt, wird die Wirkung der Maske an allen Stellen die gleiche sein, da die Gesamtfläche der Maske einen Teil des Lichts der Ausgangspupille verdunkelt. FUr alle Stellen links von jener, welche der Figur- 7υ entspricht, bleibt je- £_CCw α£_Π kleinerer Teil der Fläche der Mask« * 54 im Blickfeld und infolgedessen wird für diese Stellen ein immer größerer Teil der wirksamen Fläche der Ausgangspupille 52 verfügbar. Dies ist in Fig. 7c dargestellt und der zweite Grenzfall ist in Fig. 7d dargestellt, gemäß welcher die Maske von der Ausgangspupille vollständig weg bewegt ist, wobei eine weitere Bewegung von der Stelle 56 nach links die Beleuchtungsstärke nicht vergrößert.

Die Veränderung der Beleuchtung durch die Bewegung von der Stelle 56 nach links ist in Fig. 8 durch die mit 60 bezeichnete volle Linie grafisch dargestellt. Ein künstliches Schattierungsmuster 62 ist durch die unterbrochene Umrißlinie dargestellt, welche der Beleuchtungskurve überlagert ist, und eine strichpunktierte Linie 64 stellt die wirksame Beleuchtung dar (nicht im gleichen Maßstab).

Da für die Maske 54 eine regelmäßige Form verwendet worden ist, ist die Stelle, an welcher die Beleuchtung zuzunehmen oder abzunehmen beginnt, genau abgegrenzt. Ein praktisch ausführbares

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Schattierungsmuster wird gewöhnlich nicht solche scharf abgegrenzten Stellen enthalten, und eine Maske, die eine gekrümmte oder eine sternförmige Umrißlinie aufweist, wird daher bevorzugt. In der Mtte der Maske 54 kann aber aueli sin Loch vergesehen werden, und insbesondere, wenn die Form der Maske kreisförmig ist, kann eine allmählichere Veränderung des Beleuchtungsmusters erzielt werden. Solche Formen der Maske sind beispielsweise in den Figuren 5a bis 5c dargestellt.

Schutzansprüche

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Claims (10)

Dr. Ing. E. BERKENFELD · D i ρ I.-! η g. H. B ERKEN F E LD, Patentanwälte, Köln AnIo8. Akhmz«*«-. G 71 23 708.6 2ur Eingabe vom 8, September 1971 vÄ. Named. Anm. Image Analysing Computers Limited SCHUTZANSPRÜCHE

1. Einrichtung zur Korrektur der Grauwertbildung bei einem Bildwandler, in welchem die Amplitude des Videosignals, die einem Teil eines gleichmäßig grauen Feldes entspricht, größer ist als Jene, die dem Rest des Feldes entspricht,

gekennzeichnet durch

ein Korrekturelement (28, 49), das in der Lichtbahn des Bildwandlers angeordnet ist, der einen Bereich (29, 32, 50) verringerten Lichtleitvermögens aufweist, durch den die Lichtstrahlen, welche dieseD Teil des Feldes beleuchten oder von demselben reflektiert oder übertragen werden,- hindurchgehen müssen, wobei das verringerte Lichtleitvermögen ausreichend ist, um die Amplitude des Videosignals zu verringern, die diesem Teil des Feldes entspricht, so daß sie jener gleich ist, die dem Rest des Feldes entspricht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Korrekturelement (28), dessen Dicke im Bereich (29) größer ist als im restlichen Teil seiner Fläche, so daß eine Fokussierungswirkung auf die hindurchgehenden Lichtstrahlen ausgeübt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrekturelement einen Teil eines Fokussierungssystems im Bildwandler bildet.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein M 70/14

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komplementäres Element (30), das aus nicht absorbierendem Material geformt ist und das eine Fokussierungscharakteristik aufweist, welche jener des Korrekturelements (28) entgegengesetzt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrekturelement (49) aus einem lichtdurchlässigen Umkreis (51) besteht, der eine lichtundurchlässige oder halbundurchlässige Maske (50) umgibt, und zwischen einer Ausgangspupille (34) und einer Ebene (36) angeordnet ist, in welcher sich die Ausgangspupille ia Brennpunkt befindet, wobei die Fläche der Maske (50) kleiner ist als jene der Ausgangspupille (34).

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrekturelement (49) zwischen der letzten Ausgangspupille des Feldbeleuchtungssystems und dem Feld angeordnet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Maske (50) jener der Ausgangspupille (34) ähnlich ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine kreisförmige Maske (50a).

9 c Einrichtung nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch eine ringförmige Maske (50b).

10. Einrichtung nach Anspruch 7> gekennzeichnet durch eine sternförmige Maske (50c), die eine Vielzahl radial angeordneter Arme aufweist.

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