JPH03293608A - 焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、標本像をイメージセンサて受光してその走査
信号から焦点位置を検出する焦点検出装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、結像光学系の結像面近傍にラインイメージセンサ
を配置し、そのラインイメージセンサ上に投影された画
像の走査信号を演算装置に入力し、ライン走査による走
査信号に含まれる画像のコントラスト等の画像情報に基
づいて演算を実行して、焦点位置を検出する焦点検出装
置が知られている。

ところか、観察像となる標本の形状や分布は多種多様で
あり、例えば第７図に示すよりに、標本１が画像中に散
在していて、ラインイメージセンサの画素列（走査ライ
ン）２が標本１の画像を捕らえることができない場合が
生じる。この様な場合には、ラインイメージセンサから
出力される走査信号には焦点を合わせるべき標本の画像
情報が含まれないので、焦点位置を検出することはでき
ない。

そこで、ラインイメージセンサで読取るべき画像の結像
光学系による像面を、読取り開始位置から読取り終了位
置へ走査して画像を読取り、次に、画像を新たな画像に
交換した後、ラインイメージセンサを読取り終了位置か
ら読取り開始位置まで移動し、この移動途中に画像情報
が存在する位置にラインイメージセンサを停止させて、
その時の走査信号を用いて焦点位置を検出する方法が考
えられており、例えば特公昭６３−３７３６３号公報に
記載されている。

上記公報に記載されている焦点位置検出装置は、第８図
に示すように構成され、ラインイメージセンサ３をＣＰ
Ｕ４の指令でラインイメージセンサ移動装置５により、
移動開始位置まで移動させる。

そして、ＣＰＵ４のコントロールにより、ラインイメー
ジセンサ駆動回路６でラインイメージセンサ３を駆動し
て、ラインイメージセンサ３から出力される走査信号を
ラインイメージセンサ出力処理回路７へ入力し、そこで
デジタル信号に変換した後、ＣＰＵ４に取込んでいる。

ＣＰＵ４では、走査信号データを演算処理して、焦点検
出に必要な情報の有無を判断して、焦点検出に必要な情
報が得られるまで、即ち標本の存在する位置に走査ライ
ンが位置するまで上記動作を繰返す。そして、焦点検出
に最も適した位置へラインイメージセンサ３を移動させ
て画像の走査信号をＣＰＵ４に取込んで焦点位置検出を
行っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記した焦点検出は、ラインイメージセ
ンサ３を移動させるためのラインイメージセンサ移動装
置５が必要となるため、装置が大型化するという問題が
ある。

また、ラインイメージセンサ３を移動させて、繰返し線
状の画像情報を演算処理しなければならないので焦点検
出に多くの時間を要するという問題があった。

本発明は以上のような実情に鑑みてなされたもので、装
置の構成を簡略化できて小型化を図ることができ、しか
も焦点位置の検出速度を大幅に向上し得る焦点検出装置
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記課題を解決するために、結像すべき標本像
の２次元像を光軸と直交する方向に圧縮する像圧縮結像
光学系と、この像圧縮結像光学系の結像線近傍に配置さ
れ前記結像線を走査するイメージセンサと、このイメー
ジセンサから出力される走査信号に含まれる前記標本像
の画像情報に基づいて焦点位置を検出する演算手段とを
備える構成とした。

また、結像すべき標本像の２次元像を光軸と直交する方
向に圧縮する像圧縮結像光学系と、前記標本像の２次元
像を前記像圧縮結像光学系と同じ結像位置に結像させる
非像圧縮、結像光学系と、前記像圧縮結像光学系による
結像および前記非像圧縮結像光学系による結像を走査す
るイメージセンサと、このイメージセンサから出力され
る走査信号に含まれる前記標本像の画像情報に基づいて
焦点位置を検出する演算手段とを備え、前記標本像の条
件に応じて前記像圧縮結像光学系と前記非像圧縮結像光
学系とを切換えて焦点位置検出を行う構成とした。

〔作用〕

本発明は以上のような手段を講じたことにより、像圧縮
結像光学系によって標本像の２次元像が光軸に対して垂
直な一方向に線状に圧縮されて、イメージセンサ上に結
像される。標本像が一方向に圧縮されることから２次元
像に標本が散在していても、イメージセンサ上に形成さ
れる像線には確実に画像情報が含まれることとなる。よ
って、この様な結像を走査した走査信号を演算手段に入
力して演算処理することにより、−回の画像情報の入力
で焦点位置が検出されるものとなる。

また、上記のような作用を有する像圧縮結像光学系と標
本像の２次元像を結像させる非像圧縮結像光学系とを観
察像の条件に応じて切換え可能としたので、標本が散在
しているような場合には像圧縮結像光学系による結像線
を走査し、像圧縮すると返って画像情報が劣化してしま
う場合には非像圧縮結像光学系による結像を走査するよ
うにすることができ、常に焦点検出に適した結像を形成
することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

第１図は第１実施例に係る焦点検出装置の概略的な構成
を示す図である。本実施例は、不図示の光学系により形
成された標本像１０を結像する結像レンズ１１と、この
結像レンズ１１にて結像される２次元像を光軸と直交す
る矢印Ｙ方向に圧縮する一方向圧縮結像光学系１２と、
この一方向圧縮結像光学系１２による結像線が形成され
る結像位置に複数の受光素子が配列されたラインイメー
ジセンサ１３と、焦点位置検出演算機能を有しラインイ
メージセンサ１３から出力される走査信号が入力する演
算装置１４とから構成されている。

圧縮結像光学系１２は、シリンドリカル凸レンズ１５と
シリンドリカル凹レンズ１６とからなる。

次に、この様に構成された本実施例の動作について説明
する。

例えば、第２図（ａ）に示すように標本が散在した被写
像の場合の焦点位置検出動作について説明する。

結像レンズ１１を透過した標本像１０の２次元像は、一
方向圧縮結像光学系１２によって矢印Ｙ方向に圧縮され
て結像線をラインイメージセンサ１３の受光素子上に形
成する。このとき、ラインイメージセンサ１３の受光素
子上に形成される結像線は、第２図（ｂ）に示すように
、標本像１０の２次元像をＹ方向に線状になるまで圧縮
したものであるので、同図に斜線で示すように必ず標本
部分の画像情報が含まれることとなる。この様な画像情
報を含む結像線はラインイメージセンサ１３で走査され
て走査信号として演算装置に入力される。演算装置１４
は、この焦点検出のための画像情報を含んだ走査信号を
演算処理して焦点位置の検出を行う。

このように本実施例によれば、標本像１０の２次元像を
一方向圧縮結像光学系１２によって１次元像に変換して
結像線に画像情報を含ませ、この画像情報の含まれた結
像線をラインイメージセンサ１３で走査した走査信号を
演算装置１４に取込んで焦点位置の検出を行うようにし
たので、走査信号には必ず画像情報が含まれることとな
り、−回の走査で焦点検出のための画像情報を得ること
ができるので、移動回数および演算処理量を大幅に減ら
すことができて、極めて高速に焦点位置を検出すること
ができる。

また、ラインイメージセンサ１３は結像線の形成位置に
固定されているので、従来の焦点検出装置に用いられて
いたイメージセンサ移動装置が不要となり、装置が簡略
化されて小型化を図ることができると共にコストダウン
を図ることができる。

なお、上記第１実施例では、一方向圧縮結像光学系１２
をシリンドリカル凸レンズ１５とシリンドリカル凹レン
ズ１６とから構成しているが、第３図に示すように、シ
リンドリカル凹面鏡２１とシリンドリカル凹レンズ２２
とから構成することもできる。なお、同図における２３
は２次元の標本像をシリンドリカル凹面鏡２１に入射さ
せるための平面鏡である。

次に、本発明の第２実施例について説明する。

本実施例は、第４図に示すように、一方向圧縮結像光学
系１２と、この一方向圧縮結像光学系１２と結像位置の
等しい非圧縮結像光学系２４とが光軸と直交する方向（
図示矢印方向）に移動可能に設けられている。一方向圧
縮結像光学系１２と非圧縮結像光学系２４との結像位置
には、イメージセンサ２５が設置されていて、このイメ
ージセンサ２５から出力される走査信号はＣＰＵ２６に
入力される。ＣＰＵ２６は、第６図に示すフローチャー
トに基づいて動作する。結像光学系駆動回路２７はＣＰ
Ｕ２６からの指令により、一方向圧縮結像光学系１２ま
たは非圧縮結像光学系２４を光軸位置に移動させるよう
に構成されている。

ところで、観察像あるいは被写体像が例えば第５図に示
すようなパターン化されたものの場合には、２次元像を
線状像に圧縮すると返って画像のコントラストが低下し
てしまうことがある。従って、第５図に示すような像の
場合には非圧縮結像光学系２４による結像を走査する。

この様に構成された本実施例の動作について第６図を参
照して説明する。

例えば、顕微鏡における観察像について動作させた場合
には、観察像の変更があると、観察像の種類、コントラ
ストデータを読込み、そのデータに応じて一方向圧縮結
像光学系１２または非圧縮結像光学系２４のいずれかを
選択する。すなわち、第２図（ａ）に示すように標本が
分散して存在している像の場合には、一方向圧縮結像光
学系１２を選択し、第５図に示すようにパターン化され
た像の場合には非圧縮結像光学系２４を選択する。

次に、現在、光軸位置に設電されている結像光学系と上
記選択された結像光学系とが異なる場合には、結像光学
系駆動回路２７に指令を与えて、選択された結像光学系
を光軸位置にセットする。

そして、イメージセンサ２５上に結像されている像を走
査して、その走査信号をＣＰＵ２６に取込み、そこで走
査信号に含まれる画像情報を基に焦点位置を検出するた
めの演算を実行して、焦点位置を算出する。

この様な第２実施例によれば、上、２第１実施例と同様
の効果を得ることができ、さらに標本像に応じて一方向
圧縮結像光学系１２と非圧縮結像光学系２４とを切換え
可能な構成にしたので、イメージセンサ２５上に常に焦
点検出に適した結像を形成することができ、常に信頼性
の高い焦点検出を行うことができる。

なお、上記第２実施例では焦点検出動作を自動化した例
を説明したが、オペレータがマニュアルで結像光学系の
切換えを行うようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上詳記したように本発明によれば、装置の構成を簡略
化できて小型化を図ることができ、しかも焦点検出速度
を大幅に向上し得る焦点検出装置を提供できる。

また、標本像に応じて焦点検出に適した結像をイメージ
センサ上に形成することができ、常に信頼性の高い焦点
検出を行うことができる焦点検出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例となる焦点検出装置の構成
図、第２図（ａ）（ｂ）は標本像の平面図および圧縮像
を示す図、第３図は圧縮結像光学系の変形例を示す図、
第４図は本発明の第２実施例の部分的な構成を示す図、
第５図はパターン化されたコントラストを有する標本像
の平面図、第６図は第２実施例の動作説明図、第７図は
標本像と走査領域との関係を示す図、第８図は従来の焦
点検出装置の構成図である。 １０・・・標本像、１１・・・結像レンズ、１２・・・
圧縮結像光学系、１３・・・ラインイメージセンサ、１
４・・・演算装置、２４・・・非圧縮結像光学系、２５
・・・イメージセンサ、２６・・・ＣＰＵ、２７・・・
結像光学系駆動回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）結像すべき標本像の２次元像を光軸と直交する方
   向に圧縮する像圧縮結像光学系と、この像圧縮結像光学
   系の結像線近傍に配置され前記結像線を走査するイメー
   ジセンサと、このイメージセンサから出力される走査信
   号に含まれる前記標本像の画像情報に基づいて焦点位置
   を検出する演算手段とを具備したことを特徴とする焦点
   検出装置。
2. （２）結像すべき標本像の２次元像を光軸と直交する方
   向に圧縮する像圧縮結像光学系と、前記標本像の２次元
   像を前記像圧縮結像光学系と同じ結像位置に結像させる
   非像圧縮結像光学系と、前記像圧縮結像光学系による結
   像および前記非像圧縮結像光学系による結像を走査する
   イメージセンサと、このイメージセンサから出力される
   走査信号に含まれる前記標本像の画像情報に基づいて焦
   点位置を検出する演算手段とを備え、前記標本像の条件
   に応じて前記像圧縮結像光学系と前記非像圧縮結像光学
   系とを切換えて焦点位置検出を行うことを特徴とする焦
   点検出装置。