JPH0718969B2

JPH0718969B2 - 顕微鏡

Info

Publication number: JPH0718969B2
Application number: JP57204784A
Authority: JP
Inventors: 嘉明堀川
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1982-11-22
Filing date: 1982-11-22
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: JPS5994711A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、カメラや顕微鏡等の光学系に用いられる自動
焦点検出装置に関するものである。

従来の自動焦点検出装置としては、色補正の異なつた光
学系を考慮したものはなかつた。例えば、一眼レフカメ
ラのTTL方式による自動焦点検出装置の場合、レンズを
交換することがあるが、交換レンズの色補正はほとんど
同様に補正されており、又多少補正量が異なつてもカメ
ラの焦点深度を考えるとほとんど問題がないので、従来
は赤外光カツトフイルターを画像センサーの前につけて
有害な赤外光の影響を除くことが行われていたに過ぎな
かつた。そのため、色補正の異なる光学系を交換して使
用すると、焦点が合わないかもしくは精度が悪化してし
まい問題となる。又、色フイルターを用いたり或は光源
の波長分布を変化させた場合に焦点が合わなくなるとい
う問題も生ずることが判明しした。

以下、これらの点について詳細に説明する。

自動焦点検出装置を構成する要素の中で光と関係するも
のに光源，光学系，受光素子があるが、この内変更され
得るものは光源及び光学系である。例えば光源の場合自
然光からハロゲンランプ等による人工光への変更が考え
られるし、光学系の場合はカメラなら各種交換レンズが
有り、顕微鏡なら各種対物レンズが有る。そして、各要
素すなわち光源，光学系，受光素子はそれぞれ分光分
布，色収差，分光感度という波長依存性を有しているか
ら、ある一組の光源と光学系の組合せの場合に焦点合わ
せが正確に行なえる様に焦点位置調整が行なわれてい
る。その為に、例えば色補正の異なる光学系と交換する
と焦点位置が異なつてくる。

第１図はCIE（国際照明委員会）が規定したCIE昼光D₆₅
を示しており、これは色温度が6504Kに近似する昼光で
照明される物体色を表示する場合に用いられている（新
編色彩科学ハンドブツク・東海大学出版会）。又、第２
図はMOS型のリニアイメージセンサーの分光感度の例を
示しており、一般的にこの種のセンサーは赤外側の感度
が高い。この様に、発光側も受光側も分光分布を持つて
いるのが普通であり、全可視域波長に限つたとしても全
波長に対して分光分布はフラツトではあり得ない。

第３図は色補正の異なる光学系の例として顕微鏡の二種
類の対物レンズの球面収差の色の補正状況を表わした図
であつて、（ａ）がアクロマート補正の対物レンズの場
合を，（ｂ）が（ａ）とは異なる色補正のアポクロマー
トの対物レンズの場合を夫々示している。（ａ）と
（ｂ）との色収差補正状況を比較すると、収差量そのも
のは（ｂ）の方が極端に少なくなつている。又、色補正
のバランスも（ａ）では短波長側が軽視されて補正され
ていないのに対し、（ｂ）では長波長側と同様に補正さ
れていることがわかる。

第４図は第３図における開口数×0.7の色補正の様子を
横軸を波長として表わした図である。（ａ）がアクロマ
ートの場合を，（ｂ）がアポクロマートの場合を夫々示
しており、アクロマートがC,FでアポクロマートがC,d,F
で夫々補正されていることがわかる。

第５図は目の分光感度を表わす比視感度曲線を示してお
り、これは波長555nmを中心とした山状の分布形状をし
ている。第６図はカラーフイルム及び白黒フイルムの分
光感度を示している。

第７図は受光素子のリニアイメージセンサーに補正用と
して近赤外カツトフイルターを用いた時の分光感度を示
している。

さて、第５図と第７図で示したように目の感度の分光分
布とセンサーの分光分布の様子がかなり違つており、そ
のため実際にそれぞれでピント合わせした場合の焦点位
置は違つてくる。その様子を示したのが第８図であつ
て、目で合わせた場合の焦点位置は波長555nm付近の収
差で決まる位置にあるが、センサーで合わせた場合はか
なり広範囲の波長の影響を受ける。色収差の補正の程度
がほとんど同じ場合には、あらかじめ焦点位置の差を考
慮してセンサーを設置しておけば良いが、第８図
（ａ），（ｂ）のように色補正の異なる光学系の場合は
その差の量がかなり違つているので両方を同時に満たす
ことは出来ない。尚、第６図によるとカラーフイルムの
分光感度が比視感度よりセンサーの分光感度に近いか
ら、写真撮影にはセンサーによるピント合わせの方が適
しているようにも思えるが、写真を見る場合はやはり比
視感度に従うので目で合わせたピントで撮影するほうが
良い。

又、第９図は色温度がそれぞれ4000K,5500K,7000Kの場
合の光源の分光分布を示している。光源の分光分布がこ
の様に変化した場合、目で合わせる場合は比視感度が狭
帯域であることやその波長付近（555nm付近）の収差は
一般に光学系によりよく補正されていて波長変化による
収差の変動が少ないことからピントの移動は少ないが、
センサーの場合は分光感度の範囲が広く且つ光学系も広
範囲の色収差まで補正しきれないのでピントが大幅に移
動する。従つて、光源の分光分布が変化すると第10図
（ａ）に示した如く目での焦点位置とセンサーでの焦点
位置の差の量が変化し、その差をあらかじめ補正してセ
ンサーを設置しておいてもピントの移動は避けられな
い。例えば顕微鏡の写真撮影時は一般に5500Kの光源が
用いられるが、第10図（ｂ）に示したようにあらかじめ
目でのピント位置とセンサーのピント位置が一致するよ
うにセンサーの位置をαだけ調整しておいても、何らか
の理由で光源の色温度が7000Kに変つた場合自動焦点検
出装置ではピントがβだけずれていることになる。この
様に光学系の色補正が変化しなくても光源の分光分布が
変ればピントはずれが生じる。

又、顕微鏡撮影時、白黒フイルムの場合にはコントラス
トを良くする為にグリーンフイルターを入れるが、この
グリーンフイルターの分光透過率は第５図の比視感度の
分光分布とほとんど同じである。そのため、この様な狭
帯域のフイルターが光路中に入つた場合センサーの分光
感度は比視感度と同様となり、それぞれの色温度におけ
る焦点位置には差がなくなる。従つて、先の例の様にセ
ンサーの設置位置をあらかじめαだけ補正しておいた場
合には−αだけピントがはずれることになる。

本発明は、上記問題点に鑑み、検出光路中に狭帯域のバ
ンドパス型フイルターを配置して受光素子が受ける光の
帯域を制限することにより、光学系の色補正或は光源の
分光分布の変化に関係なく正確な合焦が行われ得るよう
にした自動焦点検出装置を提供せんとするものである
が、以下第11図及び第12図に示した一実施例に基づきこ
れを説明すれば、第11図は顕微鏡自動焦点検出装置の光
学系を示しており、１は光源、２はコンデンサーレン
ズ、３は標本が載置されるステージ、４は対物レンズ、
５はハーフミラー、６は接眼レンズ、７は写真接眼レン
ズ、８はフイルムである。９は例えば白黒フイルム撮影
時に用いるグリーンフイルターで、光路中に入れること
ができる。10はMOS型のリニアイメージセンサーであ
り、画像情報を得るためのものである。尚、センサーの
前に拡大光学系を配置しても良い。11は信号処理回路
で、いわゆるコントラスト法の処理を行なつている。12
はステージ駆動回路で、信号処理回路11からの信号を受
けてステージ３を駆動しピントを合わせるものである。
光源１はライトバランスフイルターと適切な印加電圧に
より写真撮影時には色温度5500Kに調整される。一般に
は顕微鏡の使用者が観察し得るように光源の明るさを任
意に調整するので、色温度は一定していない。もちろん
光源の明るさをNDフイルターで調整することにより色温
度を一定にしておいてもよい。13は狭帯域のバンドパス
型フイルターであり、本実施例ではイメージセンサー10
の直前の検出光路中に設けられている。もちろんグリー
ンフイルター９と同様に合焦時だけ光路中に入れるとい
う方式でもかまわない。

本発明による自動焦点検出装置は上述の如く構成されて
いるから、バンドパス型フイルター13の作用によりイメ
ージセンサー10が受ける光の帯域が制限される。従つ
て、対物レンズ４にアクロマートとアポクロマートのい
ずれを用いても、光源１の色温度を変化させても、グリ
ーンフイルター９を光路中に挿入してもバンドパス型フ
ィルターを透過する所定波長範囲内の光のみを用いて、
合焦検出を行うことになるので、目でピント合わせした
場合と常に一定の関係を保って、焦点検出を行うことが
出来る。尚、グリーンフイルター９を光路中に挿入する
場合は光量が急激に変化するので、センサー信号のフイ
ードバツクによりイメージセンサー10の蓄積時間の増加
や光源１の印加電圧のアツプが自動的に行われるように
しておくと便利である。

又、バンドパス型フイルター13は理想的には比視感度と
同様な特性のフイルターがよい。そうすれば、目でピン
トを合わせた焦点位置とセンサーで合わせた位置が一致
するので、予めその差を補正しておく必要がなくなる。
第12図により本実施例で用いているフイルターの例を示
す。実質上のセンサーの分光感度は（光源の分光分布）
×（フイルター透過率）×（センサーの分光感度）であ
るが、波長555nm近辺ではフイルター透過率がセンサー
の分光感度に対応すると考えてもさしつかえないので第
12図で説明する。

特性が比視感度特性によく似ているのはＧ−530,G−533
（保谷ガラス）フイルターであるが、透過率が悪いので
光源は明るいものが必要である。又、フイルターの厚さ
を薄くして透過率をあげると波長帯が広くなるので不適
当である。IF550は550nmにピークをもつ干渉型バンドパ
スフイルターである。CM500＋Y46（保谷ガラス）は赤外
カツトフイルター（CM500）とイエローフイルター（Y4
6）を用いたもので光量的には有利となるが、帯域が広
いので光源の色温度の大幅な変化に対しては不適当であ
る。

本発明は合焦検出部として受光素子を有する装置であれ
ば合焦の原理のいかんにかかわらず成り立つものであ
る。例えば、第13図及び第14図は第二の実施例を示して
おり、これは二つの検出器（イメージセンサー）を仮想
焦点の前後において両検出器からのコントラストを比較
して合焦を検出する方式のものであり、ハーフミラー15
を用いて光を分割し且つ仮想焦点14の前後に二つのイメ
ージセンサー10,10′を配置している。この場合の信号
処理は、第14図に示した如くイメージセンサー10,10′
からのコントラスト16,16′が等しくなる位置を捜す方
式で行われる。

以上はいわゆるコントラスト法の実施例であるが、本発
明はいわゆる位相差法にも有効であるので、以下第15図
乃至第17図により瞳分割法による位相差法の実施例即ち
第三の実施例について説明する。

第15図は瞳分割法の原理を示しており、第15図（ａ）に
おいて21は結像レンズ、22は結像レンズ21の前で瞳の近
傍に配設された開口22aを有する遮光板、23は像面であ
り、合焦時には像面23上に像Ｑが結像されるが、非合焦
時には前ピン，後ピンに対応して像Ｑに関して各々光軸
Ｏに垂直な方向で反対方向にずれた位置にボケた像Q₁，
Q₂が像面23上に形成される。第15図（ｂ）は遮光板22の
開口22aを光軸Ｏに関して反対側に移動させた場合を示
しており、合焦時には像面23上に像Ｑ′が結像される
が、非合焦時には各々前ピン，後ピンに対応してボケた
像Ｑ′_１,Q′_２が像面23上に形成される。従つて、遮光
板22の開口を例えば第15図（ａ）の位置から（ｂ）の位
置へ移動させると、合焦時には像Ｑ及びＱ′が同じ位置
にあるので像は移動しないが、前ピンの場合には像はQ₁
からＱ′_１の位置へ移動しまた後ピンの場合には像はQ₂
からＱ′_２の位置へ移動する。

第16図は顕微鏡に上記瞳分割法を応用した例を示してお
り、１〜13の部材は第一の実施例（第11図）と同じであ
り、信号処理回路11で行なう処理方法が異なつている。
17は結像レンズであつて、イメージセンサー10上に標本
の像を結ばせるためのものである。18は瞳位置におかれ
た瞳分割部材であつて、第17図に示した如く、開口20を
有する回転可能な遮光板22から成り、これを矢印方向に
振動させることにより瞳を通る光束19を分割するように
なつている。従つて信号処理回路11からの同期信号によ
つて遮光板22とセンサー10の撮像のタイミングを合わせ
第15図で説明した一組の画像信号を得る。そして、得ら
れた二つの画像信号の位相差を例えば相関の計算によつ
て求めて焦点ずれの方向と量を計算し、これに対応する
信号をステージ駆動回路12に入力することにより合焦を
行なう。

尚、この場合に瞳の位置にハーフミラーを設けるなどし
て第15図における（ａ）状態の像と（ｂ）状態の像を二
個のイメージセンサー10で撮像し同様の処理を行なうこ
ともできる。また、像の位置のずれを検出することがで
きれば良いから、イメージセンサー10のかわりに半導体
位置検出器を用いれば相関計算等の処理も不要になり都
合が良い。

かくして、この第三の実施例の場合も、バンドパス型フ
イルター13の作用によりイメージセンサー10が受ける光
の帯域が制限されるので、対物レンズ４に色補正の異な
るレンズを用いても、光源１の色温度が変化しても、グ
リーンフイルター９を光路中に挿入しても正確なピント
合わせが可能である。又、バンドパス型フイルター13の
透過特性を比視感度特性と同様にすれば、目で合わせた
焦点位置とセンサー10で合わせた焦点位置との差を予め
補正しておく必要がない。

上述の如く、本発明による自動焦点検出装置は、光学系
の色補正或は光源の分光分布の変化に関係なく正確な合
焦を行い得るという極めて重要な利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図はCIE昼光D₆₅の分光放射照度を示す図、第２図は
イメージセンサーの分光感度を示す図、第３図は二種の
対物レンズの球面収差の色の補正状況を示す図、第４図
は第３図における開口数×0.7の色補正の様子を波長に
基いて示した図、第５図は比視感度を示す図、第６図は
フイルムの分光感度を示す図、第７図は近赤外カツトフ
イルターを用いた時のイメージセンサーの分光感度を示
す図、第８図は目で合わせた場合の焦点位置とセンサー
で合わせた場合の焦点位置の差を示す図、第９図は色温
度が異なる場合の光源の分光分布を示す図、第10図は目
での焦点位置とセンサーでの焦点位置の差の量の変化を
示す図、第11図は本発明による自動焦点検出装置の一実
施例の光学系を示す図、第12図は上記実施例に用いられ
るバンドパス型フイルターの透過特性を示す図、第13図
は第二の実施例の光学系を示す図、第14図は上記第二の
実施例のイメージセンサーからのコントラストを示す
図、第15図は第三の実施例の原理を示す図、第16図は上
記第三の実施例の光学系を示す図、第17図は上記第三の
実施例に用いられる瞳分割部材の正面図である。１…光源、２…コンデンサーレンズ、３…ステージ、４
…対物レンズ、５…ハーフミアー、６……接眼レンズ、
７…写真接眼レンズ、８…フイルム、９…グリーンフイ
ルター、10…イメージセンサー、11…信号処理回路、12
…ステージ駆動回路、13…バンドパス型フイルター。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光源と、該照明光源で照らされる観察物体を載置する観察物体載
置手段と、該照明光源で照らされた観察物体を結像する対物レンズ
とを有する顕微鏡において、該対物レンズによって形成された結像光束を観察光路と
検出光路とに分割する分割手段と、該検出光路の光束を受光する受光素子を有する合焦検出
手段と、該対物レンズと該受光素子とを結ぶ光路中に設けた550n
m付近を中心とした比視感度に近い透過波長帯域を有す
るバンドパス型フィルターとを備え、前記合焦検出手段によって検出された合焦位置に前記観
察物体載置手段と前記対物レンズとの相対位置を移動す
る合焦位置移動手段を有する顕微鏡。
【請求項２】バンドパス型フィルターの透過波長帯域が
550nm付近を中心にして450nm乃至650nmである特許請求
の範囲第１項記載の顕微鏡。
【請求項３】バンドパス型フィルターが干渉型バンドパ
スフィルターである特許請求の範囲第１項又は第２項記
載の顕微鏡。
【請求項４】光源は分光分布が変動する照明光源である
特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の顕
微鏡。