JPH07248451A - 自動焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、位相差検鏡における被写体像のよう
に複数のサブピークを持つコントラスト特性を示す被写
体像からも確実に焦点を検出でき、しかも装置の大型化
を伴うことなく合焦速度及び合焦精度を向上させる。 【構成】イメージセンサ(18)から出力される共役な前後
の光像の画像信号からハイパスフィルタ(30)によりその
高周波成分を抽出するとともにバンドパスフィルタ(31,
32) によりハイパスフィルタの周波数帯域に含まれ、合
焦に対してほぼ対称の周波数特性を抽出し、これらハイ
パスフィルタ及びバンドパスフィルタからの前後の光像
を所定の評価関数に基づいてハイパスフィルタにおける
前後の光像のコントラスト値の差分、バンドパスフィル
タにおける前後の光像のコントラスト値の差分値を求
め、これら差分値に基づいて合焦サーチを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡等の光学機器の
自動焦点検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カメラ等の光学機器には、被写体像を撮
像センサで撮像することにより得た映像信号を処理して
デフォーカス量を算出し、そのデフォーカス量に応じて
オートフォーカス（以下、ＡＦと略す）制御を行う自動
焦点検出装置が用いられている。

【０００３】このような各種光学機器における焦点検出
方式には様々なものが考えられている。例えば特開昭５
９−１８２４０９号公報には、映像信号の高周波成分に
着目した焦点検出方式が記載されている。

【０００４】かかる焦点検出装置は、映像信号の高周波
成分に表れるコントラスト値をデフォーカス量として扱
い焦点検出を行う。つまり、映像信号の高周波成分に表
れるコントラスト値は、図１２に示すように、合焦点で
はコントラスト値が最大となり、デフォーカス量の増大
とともにコントラスト値が減少していく特性を有してい
る。従って、この特性を利用していわゆる山登りサーボ
方式でＡＦ制御を行っている。

【０００５】また、特開昭６４−４２４１６号公報に
は、いわゆる光路差方式のＡＦ制御が記載されている
が、この焦点検出方式においても図１２に示すものと同
様の特性を示す前ピン／後ピンのコントラスト特性を利
用している。

【０００６】上述した焦点位置検出装置は、基本的には
予定結像面に対して前後２ケ所にイメージセンサ等の受
光素子を配し、それぞれの受光素子で撮像される受光像
のコントラストに対応する信号に基づいて光学系のサー
ボ機構を作動させてＡＦ制御を行うものである。

【０００７】図１３は、基準結像面より前に配置された
受光素子によって撮像した光像（このボケ像を前ピン像
と呼ぶ）のコントラスト信号と、基準結像面より後に配
置された受光素子によって撮像した光像（このボケ像を
後ピン像と呼ぶ）のコントラスト信号との特性をそれぞ
れ示している。

【０００８】同図に示す様に、前ピン像のコントラスト
値は合焦点から＋側へ少し離れたステージＺ位置で最大
となり、後ピン像のコントラストは合焦点から少し−側
へ離れたステージＺ位置で最大となる。このとき、合焦
点前後の２ケ所のセンサは共役な基準結像面から等距離
に配置されているので、前ピン像および後ピン像のコン
トラストの最大値をとる場所は合焦点から等距離にな
る。

【０００９】又、図１４は後ピンコントラスト値（Ａ）
から前ピンコントラスト値（Ｂ）を差し引いた信号の特
性（以下、Ｓ字カーブと呼ぶ）を示している。同図１４
に示す様に合焦点は（Ａ−Ｂ）の値が０となる点と一致
する。この点をクロスポイントと呼び、被写体物がＯＢ
焦点より近づいている場合、（Ａ−Ｂ）は正となり、一
方、被写体物がＯＢ焦点より離れている場合は（Ａ−
Ｂ）は負となる。

【００１０】光路差方式によるＡＦ制御は、前ピン／後
ピン像のコントラスト値の差分をとり、その差分値の極
性に応じた方向へ被写体または撮像レンズを移動させ、
前ピン／後ピンのコントラスト値の差分が０近くなるま
でこの動作を繰り返すものである。

【００１１】一方、最近は顕微鏡の分野においても自動
合焦技術が適用されている。顕微鏡では、検鏡法により
被写体像を形成するための光学条件が大きく異なる為、
被写体像のコントラスト特性には様々なものがあらわれ
る。

【００１２】特に、位相差検鏡における被写体像のコン
トラスト特性は、図１５に示すように、合焦ピークの他
に複数のピーク（以下、サブピークと呼ぶ）をもつ形状
となる。

【００１３】そこで特開昭５６−３５１１１号公報に
は、最大ピークをとる距離からある所定の範囲だけスキ
ャンして最大ピークより小さなピークが存在するか検出
し、この検出信号に基づきＡＦ制御を行うことが記載さ
れている。さらに位相差検鏡におけるＡＦ制御として、
例えば位相差検鏡における特有の空間周波数成分に着目
し、ＡＦ制御を行うものがある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した自
動合焦技術は、複数のサブピークを持つコントラスト特
性に対してはサブピークを合焦点と誤認識する可能性が
あるため、位相差検鏡に適用するのは非常に困難であ
る。

【００１５】位相差検鏡における被写体像のコントラス
ト特性にサブピークが発生する主な要因はリングスリッ
トによる輪帯照明であることが、実験、シュミレーショ
ンより明らかになった。

【００１６】リングスリットにより以下の現象が生じ
る。 (1) 焦点深度が増大する。 (2) サイドスロープが増大する。

【００１７】(3) 焦点深度内においてデフォーカス量が
増大するにも拘らず被写体像に含まれる空間周波数のう
ち特定の空間周波数強度が増大する。 図１６〜図１８は、位相差検鏡における上記(3) のＭＴ
Ｆ（ＭodulationＴransfer Ｆunction ）シミュレーシ
ョン結果モデルを示している。

【００１８】同図のパラメータは、被写体像の空間周波
数［本／ｍｍ］を撮像素子の画素ピッチとスキャンレー
トから電気的周波数［Ｈｚ］に換算したものであり、電
気的周波数と空間周波数は比例関係にある。

【００１９】又、縦軸はその強度を示したＭＴＦ相対値
であり、横軸はデフォーカス量を表している。さらに図
１６〜図１８は位相差対物レンズの倍率をパラメータ別
に示している。

【００２０】これら図より位相差対物レンズの倍率に関
わらず、どの空間周波数（電気的周波数）成分において
も、その強度はデフォーカス量の増加に伴い、振動しな
がら減衰する。またそれぞれの倍率において、周波数が
高い程、強度の減衰は早く振動の周期は短くなってい
る。更に同一の周波数においてその強度は位相差対物レ
ンズの倍率が高くなる程すぐに減衰し、振動の周期も短
くなっている。

【００２１】以上の様な強度の減衰振動により、デフォ
ーカス量が増加するにも拘らずコントラスト値は増大す
るサブピーク現象が生じる。このようなサブピークを持
つコントラスト特性に対して従来の山登りサーボ方式を
適用すると、サブピークを合焦と判断する可能性が生じ
るため、ＡＦ制御が不完全な状態で終了するなどの不具
合が生じる可能性がある。

【００２２】又、図１９及び図２０を参照して位相差検
鏡の場合に光路差方式のＡＦ制御を適用した場合を考え
る。図１９は位相差検鏡における前ピン／後ピンのコン
トラスト特性を示したものである。同図に示す様に、位
相差検鏡におけるコントラスト特性は前ピン／後ピンの
合焦点における極大値（同図中Ａ，Ａ′）の他に極大値
（同図中Ｂ，Ｂ′，Ｃ，Ｃ′）を持っている。同図の様
にＡ，Ａ′は前ピン／後ピンのコントラスト値の最大点
となる。

【００２３】同図の前ピン／後ピンのコントラスト特性
より作成したＳ字カーブを図２０に示す。同図に示すＳ
字カーブを使ってＡＦ制御をかけた場合、同図中のＭ１
点に被写体が存在した時の制御は、(1) Ｓ字カーブの符
号が正なので（Ｄ１）方向へステージまたは撮影レンズ
を移動させ、(2) 偽合焦点（ａ）でＳ字カーブのゼロク
ロスポイントが発生するため、偽合焦点（ａ）にてＡＦ
制御は完了する。というものとなる。

【００２４】しかし、偽合焦点（ａ）は本来の合焦点と
異った位置であり、ＡＦ制御としては不完全な状態で終
了してしまうこととなる。又、図２０中のＭ３に被写体
が存在した場合、従来のＡＦ制御では偽合焦点（ｂ）を
合焦点とみなし、不完全なＡＦとなる。

【００２５】すなわち、被写体がＭ２の範囲にある場合
にのみ従来のＡＦ制御で完全な焦点検出が可能になる。
このため、従来の光路差方式を位相差検鏡に適用するの
は困難である。

【００２６】これに対して、前ピン、後ピンのコントラ
ストカーブが重ならない様に基準合焦点から前ピン、後
ピンの各センサを遠ざけて図２１の様な特性をもたせる
ことが考えられる。

【００２７】しかし、この様な方法では最影レンズの倍
率ごとに前ピン／後ピンの各センサ位置を変化させる駆
動機構が必要となり、装置の複雑化によるコストアップ
や大型化を生じることになる。

【００２８】そこで特開昭５６−３５１１１号公報の様
にピーク周辺の所定の範囲をスキャンして確実に最大ピ
ークに移動させる方法が考えられるが、この方法ではス
キャン時間が必要になるため、合焦速度が低下する欠点
をもつ。

【００２９】さらに図１６〜図１８の様にサブピークの
出現位置は被写体のもつ空間周波数や対物レンズ倍率に
よって異なるため、スキャン幅は一概には決定できない
という困難を生じるためＡＦには適さない。

【００３０】又、位相差検鏡における特有の空間周波数
成分に着目する方法では、以上の点はクリアされている
が、対物レンズ倍率が変化しても抽出周波数は一定であ
るため、十分な合焦精度が得られない可能性もある。さ
らに抽出周波数成分によっては、ＭＴＦが合焦点に対し
て前、後デフォーカスで非対称となる場合がある。

【００３１】図２２〜図２５は空間周波数に対する位相
差対物レンズ１０×の相対ＭＴＦのデフォーカス特性を
示している。これら図の縦軸は相対ＭＴＦ値を横軸はデ
フォーカス量を示している。図２２の空間周波数におけ
る相対ＭＴＦ特性は合焦点（δ＝０）に対して、ほぼ対
称となっているが、周波数が高くなると対称性は図２５
の様になる。このため抽出周波数成分を一定にしては合
焦精度が低下する恐れがある。

【００３２】そこで本発明は、位相差検鏡における被写
体像の様に複数のサブピークを持つコントラスト特性を
示す被写体像からも確実に焦点を検出することができ、
しかも装置の大型化を伴うことなく合焦速度および合焦
精度の高い自動焦点検出装置を提供することを目的とす
る。

【００３３】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、被写
体に対して環状スリット光を照射し、この被写体からの
直接光と回折光とを位相差膜に透過させてイメージセン
サに入射し、このイメージセンから出力される共役な前
後の光像の画像信号に基づいて被写体に対する合焦サー
チを行う自動焦点検出装置において、イメージセンサか
ら出力される画像信号から高周波成分を抽出する機能を
有するハイパスフィルタと、イメージセンサから出力さ
れる画像信号からハイパスフィルタの周波数帯域に含ま
れ、合焦に対してほぼ対称の周波数特性を抽出する機能
を有するバンドパスフィルタと、これらハイパスフィル
タ及びバンドパスフィルタからの前後の光像を所定の評
価関数に基づいてハイパスフィルタにおける前後の光像
のコントラスト値の差分値と、バンドパスフィルタにお
ける前後の光像のコントラスト値の差分値を求め、これ
ら両方の差分値に基づいて合焦サーチを行う機能を有す
る合焦サーボ手段と、を備えて上記目的を達成しようと
する自動焦点検出装置である。

【００３４】請求項２によれば、バンドパスフィルタ
は、位相差膜及び環状スリット光の種類に応じてフィル
タ定数を切り換える機能を有している。請求項３によれ
ば、バンドパスフィルタは、共役な前後の光像に対する
各コントラスト値の和、又はこれらコントラスト値のい
ずれかの大きさによりフィルタ定数を切り換える機能を
有している。

【００３５】請求項４によれば、合焦サーボ手段は、位
相差検鏡以外の検鏡の場合にハイパスフィルタにおける
コントラスト値の差分値のみに基づいて合焦サーチを行
い、一方位相差検鏡の場合にはハイパスフィルタにおけ
るコントラスト値の差分及びバンドパスフィルタにおけ
るコントラスト値の差分値の両方の結果に基づいて合焦
サーチを行う機能を有している。

【００３６】

【作用】請求項１によれば、被写体に対して環状スリッ
ト光を照射し、この被写体からの直接光と回折光とを位
相差膜に透過させてイメージセンサに入射すると、この
イメージセンサから出力される共役な前後の光像の画像
信号が出力される。この画像信号は、ハイパスフィルタ
によりその高周波成分が抽出されるとともにバンドパス
フィルタによりハイパスフィルタの周波数帯域に含ま
れ、合焦に対してほぼ対称の周波数特性が抽出される。

【００３７】そして、これらハイパス及びバンドパスフ
ィルタからの前後の光像を所定の評価関数に基づいてハ
イパスフィルタにおける前後の光像のコントラスト値の
差分値と、バンドパスフィルタにおける前後の光像のコ
ントラスト値の差分値が求められ、これら両方の差分値
に基づいて合焦サーチが行われる。

【００３８】この場合、請求項２によれば、バンドパス
フィルタにおいて位相差膜及び環状スリット光の種類に
応じてフィルタ定数が切り換えられる。又、請求項３に
よれば、バンドパスフィルタにおいて共役な前後の光像
に対する各コントラスト値の和、又はこれらコントラス
ト値のいずれかの大きさによりフィルタ定数が切り換え
られる。

【００３９】又、請求項４によれば、合焦サーボ手段に
おいて、位相差検鏡以外の検鏡であれば、ハイパスフィ
ルタにおけるコントラスト値の差分値のみに基づいて合
焦サーチが行われ、位相差検鏡であれば、ハイパスフィ
ルタにおけるコントラスト値の差分値及びバンドパスフ
ィルタにおけるコントラスト値の差分値の両方の結果に
基づいて合焦サーチが行れる。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例について図面を
参照して説明する。図１は自動焦点検出装置の構成図で
ある。本実施例における顕微鏡には、観察標本である被
写体Ｓを上下方向へ移動可能なステージ１０が備えられ
ている。このステージ１０には、透過照明のため開口部
が形成されている。

【００４１】透過用光源１１で発生した照明光は、リン
グスリット１２で輪帯照明光に形成され、その輪帯照明
光がコンデンサレンズ１３によりステージ開口部を通し
て被写体Ｓを下方から照明するようになっている。

【００４２】この被写体Ｓ上方の光軸上には位相差検鏡
用対物レンズ１４が配置される。この位相差検鏡用対物
レンズ１４は、輪帯照明光が入射するリング状の領域に
位相差膜が形成されている。この位相差検鏡用対物レン
ズ１４を通過した光束は、接眼プリズム１５で分岐され
て、一方の光束が接眼レンズ１６へ導かれている。

【００４３】この接眼プリズム１５で分岐された位相差
検鏡対物レンズ１４からの光束は、結像レンズ１７を通
した後に光路差プリズムＱに入射して２分割して２つの
平行光束となる。そして受光面上に光路差が異り、互い
に予定焦点面に対して共役な２つの被写体光像（前ピン
像、後ピン像）が投影される位置にＣＣＤセンサ１Ｓが
配置されている。

【００４４】このＣＣＤセンサ１８は、投影された光像
の入射光量と蓄積時間に応じた電圧を持つアナログ画像
信号を出力する。このＣＣＤセンサ１Ｓの出力は、後述
するアナログ処理部１９で増幅およびフィルタ処理等の
アナログ処理が施され、Ａ／Ｄ変換器２１によりデジタ
ル化された後にメモリ２２に組込まれる。このメモリ２
２の記憶内容は演算回路２３から読出し可能になってい
る。

【００４５】演算回路２３は、メモリ２２に記憶された
被写体像のデジタル信号を用いて被写体像のコントラス
ト値を算出し、コントラスト値を表すビットデータをＣ
ＰＵ２４へ送信する機能を有している。

【００４６】ＣＰＵ２４は、ＣＣＤセンサ１８が出力す
る被写体像のアナログ画像信号がアナログ処理部１９の
レンジに適しているか否かＡ／Ｄ変換器２１を介して監
視し、かつ被写体像のアナログ画像信号がアナログ処理
部１９のレンジに適合していない場合に、レンジに適合
する様な蓄積時間とする命令をタイミングジェネレータ
２５へ送信する機能を有している。

【００４７】ＣＰＵ２４は、演算回路２３からの前ピン
／後ピンのコントラスト値に基づいてほぼ前ピン／後ピ
ンのコントラスト値が同じとなる様なステージ駆動量を
求めて駆動回路２６へ送信する機能を有している。

【００４８】又、ＣＰＵ２４は、外部コントローラ２７
からのＡＦのスタート／ストップ、現在の検鏡法、対物
レンズ倍率等の情報を受信する機能を有している。なお
駆動回路２６はＣＰＵ２４からの駆動信号を受けてステ
ージ１０を駆動する。

【００４９】上記アナログ処理部１９は、図２に示すよ
うに一般検鏡および位相差検鏡時に使用されるハイパス
フィルタ（ＨＰＦ）３０と位相差検鏡時にのみ使用され
る各バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３１，３２とそれら
フィルタを切り換える２つのアナログスイッチ３３，３
４で構成されている。

【００５０】このうちＢＰＦは、位相差対物レンズ倍率
が低、中倍の時使用されるＢＰＦ３１と高倍時に使用さ
れるＢＰＦ３２の２種類備えられている。さらにいずれ
のフィルタを使用するかの選択はＣＰＵ２４からの信号
を各アナログスイッチ３３，３４によって行われるもの
となっている。

【００５１】このＢＰＦ３１，３２のフィルタ特性は、
図３〜図５に示すように各位相差対物レンズ倍率におい
てＭＴＦが合焦点に対して前後デフォーカスで対称であ
る周波数成分を抽出できる様に設定されている。すなわ
ち高倍率（４０×，６０×）でＭＴＦ特性が対称である
高倍率用ＢＰＦ３２と低中倍率（１０×，２０×）でＭ
ＴＦ特性が対称である低中倍率用ＢＰＦ３１の２種のＢ
ＰＦ構成としてある。また２種のＢＰＦそれぞれのフィ
ルタ定数は図１６〜図１８及び図２２〜図２５を参照し
て決定される。

【００５２】次に上記の如く構成された本実施例の動作
について図６を用いて説明する。外部コントローラ２７
からの信号によりＡＦが開始されると（ステップＳ
１）、予め検鏡者が外部にコントローラ２７に入力して
ある検鏡法、対物レンズ倍率が次のステップＳ２におい
てＣＰＵ２４により検知される。次にステップＳ３にお
いてＣＰＵ２４は、いずれの検鏡の場合においても画像
信号をＨＰＦ３０側とする様にアナログスイッチ３４を
切換える。

【００５３】このようにアナログスイッチ３４を切換え
後、ＣＰＵ２４は、ステップＳ４においてＣＣＤセンサ
１８から出力されるアナログ信号を読み込み、次のステ
ップＳ５においてセンサ１８からのアナログ信号がアナ
ログ処理部１９に適合しているかチェックする。

【００５４】このチェックによりレンジが適合していな
い場合にＣＰＵ２４は、タイミングジェネレータ２５に
対してレンジが適合する様な蓄積時間とする指令を出
す。この動作はセンサ１８の信号がアナログ処理部１９
のレンジに適合するまで繰り返し行われる。

【００５５】レンジが適合している場合、ＣＰＵ２４
は、次のステップＳ６においてセンサ１８からの信号に
より前ピン像と後ピン像のコントラスト値を所定の評価
関数に従って計算し、ステップＳ７において後ピンコン
トラスト値と前ピンコントラスト値の差分を計算する。

【００５６】この差分量がある所定値α以上の場合、Ｃ
ＰＵ２４はステップＳ８，Ｓ９において差分の符号、す
なわち前ピンコントラスト値と後ピンコントラスト値の
大小関係からステージ１０の駆動方向を、その差分量の
絶対値から駆動量をそれぞれ算出しステージ駆動する。
このステージ駆動動作は後ピンコントラスト値と前ピン
コントラスト値の差分が±α以下となるまで繰り返され
る。

【００５７】位相差検鏡以外の検鏡ではここでＡＦ動作
は終了する。ところが外部コントローラ２７に検鏡者が
予め入力してある現在の検鏡法、対物レンズ倍率をＣＰ
Ｕ２４がステップＳ１０において検知し、現在の検鏡法
が位相差であると認識すると、ＣＰＵ２４はステップＳ
１１に進んでアナログスイッチ３３，３４をそれぞれ切
り換える。すなわちアナログスイッチ３４を位相差検鏡
用フィルタ側とし、前述した対物レンズ倍率に準じたＢ
ＰＦ側へアナログスイッチ３３を切換える。

【００５８】位相差検鏡の場合、ＣＰＵ２４はステップ
Ｓ１２において位相差検鏡用ＢＰＦを介した前ピン像と
後ピン像のコントラストの差分を計算し、この差分がし
きい値β以下の場合、ＭＴＦ特性がほぼ等しく予定合焦
面に対して前ピン像、後ピン像は共役な関係にあると判
断できるため合焦であると判断する。

【００５９】一方、両者の差分がβ以上の場合、ＣＰＵ
２４はステップＳ１３，Ｓ１４においてＭＴＦ特性は異
っており、予定合焦面に対して前ピン像、後ピン像は共
役な関係ではなく、すなわち非合焦と判断する。

【００６０】非合焦と判断した場合、ＣＰＵ２４は、ア
ナログスイッチ３４を再びＨＰＦ側に切り換え、合焦判
定が行われたステージ位置まで達したスキャン方向と同
方向にさらにステージを駆動しＡＦ動作を再開する。こ
の動作は後ピンコントラスト値と前ピンコントラスト値
の差分が所定値α以下の条件と位相差検鏡用ＢＰＦで抽
出した周波数帯域における前ピンコントラスト値と後ピ
ンコントラスト値が所定値β以下となる条件の両条件が
満たされた場合にのみ合焦とみなし、ＡＦ動作が終了す
るまで繰り返す。

【００６１】このように上記第１の実施例によれば、合
焦の場合、ＭＴＦ特性の前、後デフォーカス特性が対称
である周波数帯域の強度は一致し、コントラスト値も
前、後でほぼ一致する。すなわち図４に示す合焦の特性
となり、一方非合焦の場合には図５に示すような予定焦
点面に対して前ピン像、後ピン像が前ピン、後ピンのど
ちらか一方の片寄った位置にあり、前ピン像、後ピン像
の全ての周波数における総合コントラスト値が一致して
も同図矢印範囲で示した様な抽出周波数における前ピ
ン、後ピンコントラスト値が異なる特性より、位相差検
鏡におけるＡＦが可能となる。

【００６２】又、本実施例では合焦サーチはステージ駆
動により行っているが、これを対物レンズ駆動としても
同様の効果を得ることができる。さらに本実施例ではＨ
ＰＦで抽出した前ピン像および後ピン像の合焦判定時に
ステージ駆動量は変化させていないが、一度、ＢＰＦに
よる前ピンコントラスト値と後ピンコントラスト値の大
きさにより非合焦判定がなされたらステージ駆動量を通
常より１，２回だけ大きくとる様に制御すればＢＰＦに
よる非合焦判定が繰り返される恐れが少なくなるため、
合焦速度は高くなり、本発明の効果を向上させることが
できる。

【００６３】なお、本発明の位相差用ＢＰＦは位相差対
物レンズによる種類の設定が低、中倍用と高倍用の２種
で構成したが、これをさらに細分化したＢＰＦを設定し
たり、ＢＰＦのフィルタ定数をＣＰＵにより切換えるこ
とによって構成すればさらに高精度のＡＦ制御が可能と
なる。また本実施例はＢＰＦをアナログで構成したが、
これを演算回路やＣＰＵでデジタルで構成すれば特別な
ハードを付加することなく実施可能である。

【００６４】又、アナログスイッチの切り換え等位相差
のための合焦判定はＡＦ開始後、１，２回程度であるた
め合焦速度は他の検鏡法とほぼ同等とすることができ
る。従って、位相差検鏡の様に被写体のコントラスト特
性が合焦ピークの他に複数のサブピークを持つ被写体に
対し、光路差光学系によって装置を複雑にすることなく
高速かつ高精度にＡＦ制御が可能となる。

【００６５】さらに予め対物レンズデータを備えること
により、対物レンズを交換してもバンドパスフィルタの
定数を変えることにより、様々な対物レンズに対してＡ
Ｆ対応が可能となる。

【００６６】位相差検鏡時とその他の検鏡時の切換え手
段を備えることにより位相差検鏡を含めたあらゆる検鏡
に対してＡＦ対応が可能となる。次に本発明の第２の実
施例について説明する。

【００６７】本実施例の光学系とＡＦ装置の構成は第１
実施例と同様であり、その詳しい説明は省略する。本実
施例の特徴であるアナログ処理部１９は、図７に示すよ
うに位相差検鏡用フィルタをＢＰＦ４０及びＢＰＦ４１
により構成している。これらＢＰＦ４０，４１のフィル
タ定数は以下の様な特性をもつ。

【００６８】(1) 抽出周波数ＭＴＦ特性は、合焦に対し
て前、及び後デフォーカスで対称である。 (2) ＢＰＦ４０，４１の抽出周波数ＭＴＦ特性の減衰振
動の位相は、合焦近辺で約半周期ずれた形となってお
り、周期が異っている。

【００６９】以上の様なＢＰＦを２種用意すれば一方が
相対ＭＴＦが小さく、コントラスト値が低い場合、一方
のＢＰＦにはコントラスト値はあるレベル以上となる。
次に上記の如く構成された本実施例の動作について図８
を用いて説明する。

【００７０】外部コントローラ２７からの信号によりＡ
Ｆが開始されると、ＣＰＵ２４は、ステップＳ２１にお
いて予め検鏡者により外部コントローラ２７に対して入
力してある検鏡法、対物レンズ倍率を検知し、ステップ
Ｓ２２においていずれの検鏡の場合においても画像信号
をＨＰＦ４２側とする様にアナログスイッチ４４を切換
える。

【００７１】アナログスイッチ４４を切換え後、ＣＰＵ
２４はステップＳ２３においてＣＣＤセンサ１８のアナ
ログ信号を読み込み、次のステップＳ２４においてセン
サ１８のアナログ信号がアナログ処理部１９に適合して
いるかチェックする。

【００７２】レンジが適合していない場合、ＣＰＵ２４
はタイミングジェネレータ２５にレンジが適合する様な
蓄積時間とする指令を出す。この動作はセンサ１８の信
号がアナログ処理部１９のレンジに適合するまで繰り返
し行われる。

【００７３】レンジが適合している場合、ＣＰＵ２４
は、ステップＳ２５においてセンサ１８からの信号によ
り前ピン像と後ピン像のコントラスト値を所定の評価関
数に従って計算し、次のステップＳ２６において後ピン
コントラスト値と前ピンコントラスト値の差分を計算す
る。

【００７４】この差分量がある所定値α以上の場合、Ｃ
ＰＵ２４はステップＳ２７，２８において差分の符号、
すなわち前ピンコントラスト値と後ピンコントラスト値
の大小関係からステージ１０の駆動方向をその差分量の
絶対値から駆動量をそれぞれ算出しステージ駆動する。
このステージ駆動動作は後ピンコントラスト値と前ピン
コントラスト値の差分が±α以下となるまで繰り返され
る。

【００７５】位相差検鏡以外の検鏡ではここでＡＦ動作
は終了する。ところが外部コントローラ２７に検鏡者が
予め入力してある現在の検鏡法をＣＰＵ２４がステップ
Ｓ２９において検知し、現在の検鏡法が位相差であると
認識すると、ＣＰＵ２４は、ステップＳ３０においてア
ナログスイッチ４４を位相差検鏡用フィルタ入力側に切
り換え、さらにＢＰＦ（Ａ）入力側にアナログスイッチ
４３を切り換える。

【００７６】このフィルタを介した前ピン像コントラス
ト値と後ピン像コントラスト値の和が所定値β以下の場
合、ＣＰＵ２４はステップＳ３２に移ってアナログスイ
ッチ４３をＢＰＦ（Ｂ）入力側に切り換え、ステップＳ
３３においてＢＰＦ（Ａ）４０またはＢＰＦ（Ｂ）４１
を介した後ピン像コントラスト値と前ピン像コントラス
ト値の差分を計算し、この差分がしきい値γ以下の場合
に、合焦と判断しＡＦ動作を終了する。

【００７７】一方、両者の差分がγ以上の場合には非合
焦と判断し、アナログスイッチ４４を再びＨＰＦ側に切
換え、合焦判定が行われたステージ位置まで達したスキ
ャン方向と同方向にさらにステージを駆動し、ＡＦ動作
を再開する。

【００７８】この動作は後ピンコントラスト値と前ピン
コントラスト値の差分が所定値α以下の条件と位相差検
鏡用ＢＰＦで抽出した周波数帯域における後ピンコント
ラスト値と前ピンコントラスト値が所定値γ以下となる
条件の両条件が満たされるまで繰り返す。

【００７９】このように上記第２の実施例によれば、複
数種のＢＰＦ４０，４１を用いて図９に示す様にコント
ラスト値が低い場合、ＢＰＦを切り換えることにより
（イ）（ロ）へＭＴＦを大きくして、合焦精度を高くす
ることができる。

【００８０】又、図１０に示すように（ハ）の様に光路
差の関係から偶然にコントラスト値が一致してもＢＰＦ
を切り換えることにより（ニ）の様に前ピン、後ピンが
共役位置にあるかどうかの確認を２重にしているため合
焦精度を高めることができる。この場合、図１１に示す
ようにＢＰＦ（Ａ）４０によるコントラスト差分値とＢ
ＰＦ（Ｂ）４１によるコントラスト差分値の両方の結果
を用いて合焦サーチを行えば、合焦速度は少し低下する
が、上記の如く前ピン、後ピンが共役位置にあるかどう
かの確認を２重にしているので、合焦精度を高くでき
る。

【００８１】又、本実施例では差分がγ以下となった場
合、ＡＦ動作を終了するが、さらに合焦精度を要求する
場合、さらにＢＰＦの周波数帯域を変化させ、合焦に対
してＭＴＦ特性がさらに対称な帯域を選択し、前ピン、
後ピンコントラスト値の差分のしきい値を極力小さくす
れば、この要求を満たすことが可能となる。

【００８２】被写体のもつ周波数特性に適合する様なバ
ンドパスフィルタのフィルタ定数を可変とすることによ
り、様々な被写体に対してＡＦ対応が可能となる。位相
差検鏡時とその他の検鏡時の切換え手段を備えることに
より、位相差検鏡を含めたあらゆる検鏡に対してＡＦ対
応が可能となる。なお、本発明は上記各実施例に限定さ
れるものではなく、種々変形実施可能である。

【００８３】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、位
相差検鏡における被写体像のように複数のサブピークを
持つコントラスト特性を示す被写体像からも確実に焦点
を検出でき、しかも装置の大型化を伴うことなく合焦速
度及び合焦精度を向上できる自動焦点検出装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる自動焦点検出装置の第１の実施
例を示す構成図。

【図２】同装置におけるアナログ処理部の具体的な構成
図。

【図３】被写体位置に対するコントラスト値を示す図。

【図４】合焦時のＭＴＦ特性を示す図。

【図５】偽合焦時のＭＴＦ特性を示す図。

【図６】自動焦点検出の流れ図。

【図７】本発明に係わる自動焦点検出装置の第２の実施
例におけるアナログ処理部の具体的な構成図。

【図８】自動焦点検出の流れ図。

【図９】デフォーカス量に対する相対ＭＴＦを示す図。

【図１０】デフォーカス量に対する相対ＭＴＦを示す
図。

【図１１】自動焦点検出の流れ図。

【図１２】ステージ位置に対するコントラスト値を示す
図。

【図１３】ステージ位置に対するコントラスト値を示す
図。

【図１４】ステージ位置に対する前ピン／後ピンのコン
トラスト値の差分を示す図。

【図１５】位相差検鏡におけるデフォーカス量に対する
コントラスト値を示す図。

【図１６】ＭＴＦ特性のシミュレーション結果を示す
図。

【図１７】ＭＴＦ特性のシミュレーション結果を示す
図。

【図１８】ＭＴＦ特性のシミュレーション結果を示す
図。

【図１９】位相差検鏡における前ピン／後ピンのコント
ラスト特性を示す図。

【図２０】同前ピン／後ピンのコントラスト特性より作
成したＳ字カーブを示す図。

【図２１】デフォーカス量に対するコントラスト量を示
す図。

【図２２】デフォーカス量に対する相対ＭＴＦを示す
図。

【図２３】デフォーカス量に対する相対ＭＴＦを示す
図。

【図２４】デフォーカス量に対する相対ＭＴＦを示す
図。

【図２５】デフォーカス量に対する相対ＭＴＦを示す
図。

【符号の説明】

１０…ステージ、１１…透過用光源、１２…リングスリ
ット、１４…位相差検鏡用対物レンズ、１８…ＣＣＤセ
ンサ、１９…アナログ処理部、２１…Ａ／Ｄ変換器、２
２…メモリ、２３…演算回路、２４…ＣＰＵ、２５…タ
イミングジェネレータ、２６…駆動回路、２７…外部コ
ントローラ、３０…ハイパイフィルタ（ＨＰＦ）、３
１，３２，４０，４１…バンドパスフィルタ（ＢＰ
Ｆ）、３３，３４，４３，４４…アナログスイッチ、Ｑ
…光路差プリズム、Ｓ…被写体。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体に対して環状スリット光を照射
   し、この被写体からの直接光と回折光とを位相差膜に透
   過させてイメージセンサに入射し、このイメージセンサ
   から出力される共役な前後の光像の画像信号に基づいて
   前記被写体に対する合焦サーチを行う自動焦点検出装置
   において、 前記イメージセンサから出力される画像信号から高周波
   成分を抽出するハイパスフィルタと、 前記イメージセンサから出力される画像信号から前記ハ
   イパスフィルタの周波数帯域に含まれ、合焦に対してほ
   ぼ対称の周波数特性を抽出するバンドパスフィルタと、 これらハイパスフィルタ及びバンドパスフィルタからの
   前記前後の光像を所定の評価関数に基づいて前記ハイパ
   スフィルタにおける前後の光像のコントラスト値の差分
   値と、前記バンドパスフィルタにおける前後の光像のコ
   ントラスト値の差分値を求め、これら両方の差分値に基
   づいて合焦サーチを行う合焦サーボ手段と、を具備した
   ことを特徴とする自動焦点検出装置。
2. 【請求項２】 バンドパスフィルタは、位相差膜及び環
   状スリット光の種類に応じてフィルタ定数を切り換える
   機能を有することを特徴とする請求項１記載の自動焦点
   検出装置。
3. 【請求項３】 バンドパスフィルタは、共役な関係を有
   する前後の各光像に対する各コントラスト値の和、又は
   これらコントラスト値のいずれかの大きさによりフィル
   タ定数を切り換える機能を有することを特徴とする請求
   項１記載の自動焦点検出装置。
4. 【請求項４】 合焦サーボ手段は、位相差検鏡以外の検
   鏡の場合にハイパスフィルタにおけるコントラスト値の
   差分値のみに基づいて合焦サーチを行い、一方前記位相
   差検鏡の場合にはハイパスフィルタにおけるコントラス
   ト値の差分値及びバンドパスフィルタにおけるコントラ
   スト値の差分値の両方の結果に基づいて合焦サーチを行
   う機能を有することを特徴とする請求項１記載の自動焦
   点検出装置。