JPH08160284A - 自動焦点調整装置および自動焦点調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 合焦状態に達するまでの時間を短縮してＡＦ
動作の高速化を図る。 【構成】 対物レンズの倍率、開口絞りの開口度および
被写体のコントラスト強度をパラメータとして、光路差
方式による各光学像のコントラスト値の各Ｓ字カーブを
予め測定して、これらの測定されたＳ字カーブの合焦位
置における近似直線式をそれぞれ算出して記憶してお
き、ＡＦ制御時に各検出ポイントごとに検出された差分
値を上記予め記憶しておいた対応する近似直線式に代入
してステージの移動量を算出し、この算出結果に応じて
ステージをステップ移動させるようにしたものである。

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に
設けられる自動焦点調整装置および自動焦点調整方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、カメラや顕微鏡等の光学機器に
おいては、被写体を撮像センサで撮像してその映像信号
を処理することによりデフォーカス量を算出し、このデ
フォーカス量に応じてオートフォーカス（以後ＡＦと称
する）制御を行なう自動焦点調整装置が使用されてい
る。

【０００３】この種の自動焦点調整装置には従来より種
々のものが考えられており、例えば特開昭５９−１８２
５０９号公報には映像信号の高周波成分に着目した自動
合焦点装置が記載されている。この装置は、被写体を撮
像して得た映像信号の高周波成分に現れるコントラスト
値をデフォーカス量として扱って焦点検出を行なう。す
なわち、映像信号の高周波成分に現れるコントラスト値
は、図８に示すように、合焦位置ではコントラスト値が
最大となり、デフォーカス量の増加とともにコントラス
ト値が減少していく特性を有しており、この特性を利用
していわゆる山登りサーボ方式でＡＦ制御を行なってい
る。

【０００４】一方、特開昭６４−４２６１６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。
この制御方式は、基本的には基準結像面に対して前後２
か所にイメージセンサなどの受光素子を配置し、これら
の受光素子で撮像される光学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
制御を行なうものである。

【０００５】すなわち、基準結像面より前に配置された
受光素子によって撮像された光学像（このボケ像を前ピ
ン像と呼ぶ）からは図７（ａ）のＱに示すようなコント
ラスト信号の変化特性が得られ、また基準結像面よりも
後ろに配置された受光素子によって撮像された光学像
（このボケ像を後ピン像と呼ぶ）からは図７（ａ）のＲ
に示すようなコントラスト信号の変化特性が得られる。
これらの変化特性Ｑ，Ｒは、図示するごとく前ピン像の
コントラスト値が合焦位置から＋側へ少し離れたステー
ジ位置で最大となり、後ピン像のコントラスト値が合焦
位置から−側へ少し離れたステージ位置で最大となる。
このとき、合焦位置前後の２か所の受光素子の位置を基
準結像面から等しい距離に設定すると、前ピン像および
後ピン像の各コントラスト値が最大値をとる位置は合焦
位置から等距離となる。

【０００６】そして、後ピン像のコントラスト値Ｑから
前ピン像のコントラスト値Ｒを差し引いた信号の特性Ｑ
−Ｒは、図８（ｂ）に示すようにＱ−Ｒ＝０となる点が
合焦位置と一致するＳ字カーブとなる。上記Ｑ−Ｒ＝０
となる点はクロスポイントと呼ばれる。被写体が合焦点
より対物レンズ側に近付いている場合にはＱ−Ｒ＞０と
なり、一方被写体が合焦点より反対物レンズ側へ離れて
いる場合にはＱ−Ｒ＜０となる。

【０００７】したがって、後ピン像のコントラスト値Ｑ
から前ピン像のコントラスト値Ｒを差し引いた差分値Ｑ
−Ｒの極性に応じた方向に、被写体または撮像レンズを
移動させる動作を、Ｑ−Ｒ＝０に最接近するまで繰り返
すことにより、被写体に対し光学系を合焦させることが
できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この種の光
路差方式を採用した従来のＡＦ制御では、後ピンおよび
前ピンの各コントラスト値の差分値Ｑ−Ｒ＝０近傍にな
るまで、この差分値Ｑ−Ｒの値に拘らず被写体または光
学系を一定量ずつステップ移動させるようにしている。
このため、被写体が合焦位置から遠く離れている場合に
は、合焦状態に達するまでに多くの時間がかかってい
た。

【０００９】本発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、合焦状態に達するまでの
時間を短縮してＡＦ動作の高速化を図った自動焦点調整
装置および自動焦点調整方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の自動焦点調整装置は、結像光学系における予
定結像面に対して共役な前後の各光学像のコントラスト
値の差分値の合焦位置における直線近似特性を求める近
似特性算出手段と、被写体と結像光学系との間の相対距
離の可変量を求めるための可変量算出手段とを設け、こ
の可変量算出手段により、差分検出手段により検出され
た差分値と上記近似特性算出手段により求められた直線
近似特性とに基づいて上記被写体と結像光学系との間の
相対距離の可変量を求め、この可変量に応じて上記被写
体と上記結像光学系との間の相対距離を可変するように
したものである。

【００１１】また、他の本発明の自動焦点調整装置は、
結像光学系における予定結像面に対して共役な前後の各
光学像のコントラスト値の差分値の合焦位置における直
線近似特性を求める近似特性算出手段と、差分検出手段
により検出された差分値の絶対値が前回の検出ポイント
において検出された差分値の絶対値に対し増加している
か否かを判定するための増減判定手段とを設け、この増
減判定手段により差分値の絶対値が増加していると判定
された場合には、第１の可変量算出手段により、上記差
分値の変化特性に基づいて予め設定した固定量を上記被
写体と結像光学系との間の相対距離の可変量とし、一方
差分値の絶対値が増加していないと判定された場合に
は、第２の可変量算出手段により、差分検出手段で検出
された差分値と上記近似特性算出手段により求められた
直線近似特性とに基づいて上記被写体と結像光学系との
間の相対距離の可変量を求め、これら第１および第２の
可変量算出手段により求められた可変量に応じて、上記
被写体と上記結像光学系との間の相対距離を可変するよ
うにしたものである。

【００１２】上記近似特性算出手段は、結像光学系の対
物レンズの倍率、および開口絞り量のうちの少なくとも
一つをパラメータとして差分値の合焦位置における直線
近似特性を予め求め、この予め求めた直線近似特性を記
憶しておくように構成するとよい。

【００１３】一方、本発明の自動焦点調整方法は、各検
出ポイントごとに、結像光学系における予定結像面に対
して共役な前後の各光学像のコントラスト値の差分を検
出し、この検出された差分値を合焦位置に対応する値に
近付けるべく被写体と上記結像光学系との間の相対距離
を可変するに際し、上記差分値の合焦位置における直線
近似特性を求め、この求められた直線近似特性と上記検
出された差分値とに基づいて上記被写体と結像光学系と
の間の相対距離の可変量を求め、これらの求められた可
変量に応じて上記被写体と上記結像光学系との間の相対
距離を可変するようにしたものである。

【００１４】また、他の本発明の自動焦点調整方法は、
各検出ポイントごとに、結像光学系における予定結像面
に対して共役な前後の各光学像のコントラスト値の差分
を検出し、この検出された差分値を合焦位置に対応する
値に近付けるべく被写体と上記結像光学系との間の相対
距離を可変するに際し、上記検出された差分値の絶対値
が前回の検出ポイントにおいて検出された差分値の絶対
値に対し増加しているか否かを判定し、差分値の絶対値
が増加していると判定された場合には上記差分値の変化
特性に基づいて予め設定した固定量を上記被写体と結像
光学系との間の相対距離の可変量とし、一方差分値の絶
対値が増加していないと判定された場合には、上記差分
値の合焦位置における直線近似特性を求めておいて、上
記検出された差分値と上記直線近似特性とに基づいて上
記被写体と結像光学系との間の相対距離の可変量を求
め、これらの求められた可変量に応じて上記被写体と上
記結像光学系との間の相対距離を可変するようにしたも
のである。

【００１５】

【作用】この結果、本発明の自動焦点調整装置および自
動焦点調整方法によれば、各検出ポイントごとに、検出
された差分値と、予め求めた差分値の合焦位置における
直線近似特性とに基づいて、被写体と結像光学系との間
の相対距離の可変量が算出される。すなわち、被写体と
結像光学系との間の相対距離の可変量は、一定ではなく
直線近似特性に応じて変化することになる。このため、
可変量を一定値に固定した場合に比べて、合焦位置に達
するまでのステップ数を減らして、焦点調整の所要時間
を短縮することが可能となる。また、直線近似特性は差
分値の合焦位置に対応する位置で求めたものであるた
め、可変量が大き過ぎて合焦位置を通り過ぎることがな
く、これにより合焦位置を境に検出ポイントが往復を繰
り返すいわゆる振動状態に陥る不具合を生じず、円滑で
高速度の合焦制御を行なうことが可能となる。

【００１６】一方、他の発明の自動焦点調整装置および
自動焦点調整方法によれば、検出された差分値が前回の
検出ポイントにおいて検出された差分値に対し増加して
いるか否かが判定され、差分値が増加していると判定さ
れた場合には、上記差分値の変化特性に基づいて予め設
定した固定量を上記被写体と結像光学系との間の相対距
離の可変量として当該相対距離が可変される。すなわ
ち、検出ポイントが合焦位置から比較的遠くに離れてい
るときには、予め設定した上記固定量だけ被写体と結像
光学系との間の相対距離が強制的に大きく可変されるこ
とになり、これにより合焦位置に達するまでのステップ
数をさらに減らして、焦点調整の所要時間をさらに短縮
することができる。また、上記相違距離の強制的な可変
により検出ポイントが合焦位置に接近した後には、先に
述べた直線近似特性に基づいて被写体と結像光学系との
間の相対距離の可変量が算出されて当該相対距離が可変
される。したがって、検出ポイントが合焦位置を通り過
ぎることがなく、円滑に合焦位置に到達させることがで
きる。

【００１７】また、近似特性算出手段において、結像光
学系の対物レンズの倍率、開口絞り量、および被写体の
コントラスト値のうちの少なくとも一つをパラメータと
して差分値の合焦位置における直線近似特性を予め求
め、この予め求めた直線近似特性を記憶しておくように
すると、各検出ポイントごとに直線近似特性を算出する
必要がなくなり、これにより各検出ポイントごとの演算
量を減らして合焦制御に要する時間をさらに短縮するこ
とができる。

【００１８】

【実施例】

（第１の実施例）本実施例は、対物レンズの倍率、およ
び開口絞り量をパラメータとして、光路差方式による各
光学像のコントラスト値の差分特性（Ｓ字カーブ）を予
め測定し、この測定されたＳ字カーブの合焦位置におけ
る傾きを表わす式、つまり近似直線の式を算出して記憶
しておく。そして、各検出ポイントごとに、検出された
差分値を上記近似直線の式に代入して当該差分値に対応
するステージ移動量を算出し、この算出値に応じて被写
体のステージを移動させるようにしたものである。

【００１９】図１は、本実施例に係わる顕微鏡用自動焦
点調整装置の構成を示すものである。この装置の光学系
は、観察標本である被写体Ｍを上下方向へ移動可能なス
テージ１０を備えている。このステージ１０には、透過
照明のための開口部（図示せず）が形成されており、透
過用光源１１から発生された照明光は、光学レンズ１２
および反射鏡１３で光路が変えられたのち、開口絞り
（ＡＳ）１４および上記ステージ開口部をそれぞれ通過
して被写体Ｍを下方から照明する。

【００２０】一方、上記ステージ１０上に載置された被
写体Ｍ上方の光軸上には、対物レンズ１５が配設されて
おり、落射用光源１６から発生された照明光は、光学レ
ンズ１７およびハーフミラー１８を経たのち上記対物レ
ンズ１５を介して被写体Ｍを上方から照明する。

【００２１】上記透過照明および落射照明により生成さ
れた被写体Ｍの光学像は、対物レンズ１５およびハーフ
ミラー１８をそれぞれ通過したのち接眼プリズム１９に
よって分岐され、その一方は接眼レンズ２０を通して観
察に供される。また上記分岐された光学像の他方は、結
像レンズ２１を通過したのち分割プリズム２２で二分割
され、これにより２つの平行光束となる。そしてこれら
の光束は、ＣＣＤセンサ３０の受光面上において光路差
が異なる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）となって投影される。

【００２２】上記ＣＣＤセンサ３０は、投影された前ピ
ン像および後ピン像の入射光量と電荷蓄積時間とに応じ
た電圧値を持つアナログ画像信号を出力する。このＣＣ
Ｄセンサ３から出力されたアナログ画像信号は、アナロ
グ処理部３１で増幅およびフィルタリング処理などのア
ナログ処理が施されたのち、アナログ／ディジタル（Ａ
／Ｄ）変換器３２においてディジタル信号に変換されて
メモリ３３に一旦記憶される。そして、このディジタル
画像信号はメモリ３３から読み出されたのち演算回路３
４に入力される。

【００２３】演算回路３４は、上記メモリ３３から読み
出されたディジタル画像信号を基に前ピン像および後ピ
ン像のコントラスト値をそれぞれ算出し、さらにこれら
のコントラスト値の差分値を算出する。そして、これら
のコントラスト値および差分値の算出結果をＣＰＵ３５
に転送する。

【００２４】ＣＰＵ３５は、自動焦点制御（ＡＦ制御）
に係わる制御機能として、受光レベル監視機能と、Ｓ字
カーブの直線近似特性メモリ機能と、ステージ移動量算
出機能と、ステージ移動制御機能とを備えている。

【００２５】このうち先ず受光レベル監視機能は、Ａ／
Ｄ変換器３２から出力されるディジタル画像信号を基
に、ＣＣＤセンサ３０が出力する被写体像のアナログ画
像信号レベルがアナログ処理部３１のレンジに適してい
るか否かを判定する。そして、被写体像のアナログ画像
信号レベルがアナログ処理部３１のレンジに適していな
いと判定された場合に、レンジに適合するアナログ画像
信号レベルが得られるように、電荷蓄積時間を可変する
ための命令をタイミングジェネレータ３６に出力する。
タイミングジェネレータ３６は、上記命令に従ってＣＣ
Ｄセンサ３０における電荷蓄積時間を可変設定する。

【００２６】直線近似特性メモリ機能は、自動焦点制御
の開始に先立ち、対物レンズの倍率、および開口絞り
（ＡＳ）１４の開口状態をパラメータとして測定した種
々の差分値Ｓ字カーブから算出したそれぞれの合焦位置
における傾きを表わす直線近似式のデータをＣＰＵ３５
の内部メモリに格納する。

【００２７】ステージ移動量算出機能は、自動焦点制御
を行なう際に、現在の対物レンズ１５の倍率、および開
口絞り１４の開口度を認識してこれらの条件に最も適合
する近似直線式を、内部メモリに格納されている上記複
数種の近似直線式の中から選択する。そして、各検出ポ
イントごとに、演算回路３４により算出された前ピン像
および後ピン像の各コントラスト値の差分値を、上記選
択した近似直線式に代入してステージ移動量を算出す
る。

【００２８】ステージ移動制御機能は、上記ステージ移
動量算出手段の算出結果に応じて、被写体の位置を対物
レンズ１５の焦点面に近付けるべく駆動回路３８を駆動
し、これによりステージ１０を上方もしくは下方に移動
させる。

【００２９】なお、外部コントローラ３７は検鏡切換ス
イッチを有しており、このスイッチの操作により検鏡方
法の指定が行なわれる。次に、以上のように構成された
装置のＡＦ制御動作をＣＰＵ３５の制御手順にしたがっ
て説明する。図２は、このＣＰＵ３５によるＡＦ制御手
順およびその制御内容を示すフローチャートである。

【００３０】先ず、被写体の検査に先立ち、各種Ｓ字カ
ーブの合焦位置における近似直線式を求める。Ｓ字カー
ブは、対物レンズ１５の倍率、開口絞り１４の開口度、
および被写体Ｍのコントラスト強度によって変化する。

【００３１】例えば対物レンズ１５の倍率をＯＢ＝２０
Ｘに設定した場合と、ＯＢ＝１０Ｘに設定した場合とで
は、Ｓ字カーブは図３（ａ）に示すごとくそれぞれ変化
し、その合焦位置における近似直線も同図中Ｔa1，Ｔa2
のようになる。また、開口絞り１４の開口度を５０％に
設定した場合と、１００％に設定した場合とでは、Ｓ字
カーブは図３（ｂ）に示すごとくそれぞれ変化し、その
合焦位置における近似直線も同図中Ｔb1，Ｔb2のように
なる。さらに、受像した被写体Ｍのコントラスト強度が
高い場合と、低い場合とでは、Ｓ字カーブは図３（ｂ）
に示すごとくそれぞれ変化し、その合焦位置における近
似直線も同図中Ｔc1，Ｔc2のようになる。

【００３２】すなわち、近似直線式の傾きの大きさは、
対物レンズ１５の倍率、開口絞り１４の開口度、被写体
Ｍである標本のコントラスト強度に対しそれぞれ比例関
係にある。上記パラメータのうち、標本のコントラスト
強度については、一義的に決定することは不可能であ
る。また近似直線式は、ＡＦを行なう際の環境において
最大の傾きを持つものを使用しないと、ステージ位置が
合焦位置を通り過ぎてしまう虞れがある。

【００３３】そこで、コントラスト強度が非常に大きな
被写体Ｍを使用し、上記対物レンズ１５の倍率、および
開口絞り１４の開口度をパラメータとして各種Ｓ字カー
ブを測定し、これらのＳ字カーブにおいてそれぞれその
合焦位置における近似直線式を求める。そして、求めら
れたこれらの近似直線式をＣＰＵ３５の内部メモリに格
納する。すなわち、各種Ｓ字カーブの近似直線式を予め
記憶しておく。

【００３４】さて、この状態で使用者が被写体Ｍをステ
ージ１０にセットして検査を開始したとする。そうする
と、ＣＰＵ３５は先ずステップ２ａにおいて、Ａ／Ｄ変
換器３２から被写体像のディジタル画像信号を取り込
み、このディジタル画像信号を基に、ＣＣＤセンサ３０
の出力信号レベルがアナログ処理回路３１のレンジに適
合しているか否かをステップ２ｂで判定する。そして、
適合していない場合には、ステップ２ｃにおいてタイミ
ングジェネレータ３６に対し電荷蓄積時間の変更命令を
与える。そうするとタイミングジェネレータ３６から出
力されるタイミング信号の周期が変化し、これによりＣ
ＣＤセンサ３０における電荷蓄積時間が変化して出力信
号レベルがアナログ処理回路のレンジに適合するレベル
に制御される。

【００３５】続いてＣＰＵ３５は、ステップ２ｄにおい
て現在設定中の対物レンズ１５の倍率、および開口絞り
１４の開口度をそれぞれ取り込む。そして、ステップ２
ｅにおいて、これらの値を基に、内部メモリに予め記憶
してある各種近似直線式の中から最適な近似直線式を選
択する。

【００３６】そうしてＡＦ制御開始前の初期設定が終了
すると、ＣＰＵ３５は次のようにＡＦ制御を開始する。
すなわち、先ずステップ２ｆにおいて、初期位置である
第１の検出ポイントにおける差分値を演算回路３４から
取り込む。そして、ステップ２ｇでこの差分値が合焦状
態と看做し得る範囲内に入っているか否かを判定する。
この判定により、検出された差分値が合焦状態と見做し
得る範囲に入っていなければ、ステップ２ｈに移行して
ここで上記検出差分値を先にステップ２ｅで選択してお
いた近似直線式に代入し、これによりステージ１０の移
動量を算出する。そしてこのステージ移動量の算出値が
求まると、ＣＰＵ３５はステップ２ｉにおいて上記移動
量の算出値に相当する距離だけステージ１０を移動させ
るべく駆動回路３８に駆動指示を与える。このため、ス
テージ１０は上記移動量の算出値に相当する距離だけス
テップ移動する。このとき、ステージ１０の移動方向
は、検出された差分値の極性に応じて決定される。すな
わち、差分値の極性が正（＋）ならば下方向に、一方差
分値の極性が負（−）ならば上方向にそれぞれ決定され
る。

【００３７】そうしてステージ１０のステップ移動がな
されると、ＣＰＵ３５はステップ２ｆに戻って今度は上
記移動後の位置を第２の検出ポイントとし、この第２の
検出ポイントにおける差分値を演算回路３４から取り込
む。そして、ステップ２ｇでこの差分値が合焦状態と看
做し得る範囲内に入っているか否かを判定し、まだ入っ
ていなければステップ２ｈで上記差分値と近似直線式と
からステージ１０の移動量を算出する。そして、この移
動利用の算出結果に応じてステージ１０をステップ移動
させる。

【００３８】以後同様に、移動後に検出された差分値が
合焦状態と看做し得る範囲内に入ったことがステップ２
ｇで確認されるまで、上記ステップ２ｆからステップ２
ｉまでの制御が繰り返し行なわれる。

【００３９】以上のＡＦ制御動作を図４を用いて具体的
に説明する。いま仮に、第１の検出ポイントＡからＡＦ
制御を開始したとする。そうすると、この第１の検出ポ
イントＡにおいては差分値Ａ（Ax，Ay）が検出される。
そして、この差分値のｙ方向成分Ａｙが近似直線式Ｔに
代入され、これによりｘ方向成分Ａｘに対応するａがス
テージ移動量として算出される。そして、このａに相当
する距離だけステージ１０がステップ移動させられる。
このとき、ステージ１０の移動方向は、検出された差分
値Ａ（Ax，Ay）の極性が正（＋）なので下方向に設定さ
れる。

【００４０】次に上記移動後の第２の検出ポイントＢに
おいては、差分値Ｂ（Bx，By）が検出される。そして、
この差分値のｙ方向成分Ｂｙが近似直線式Ｔに代入さ
れ、これによりｘ方向成分Ｂｘに対応するｂがステージ
移動量として算出される。そして、このｂに相当する距
離だけステージ１０が下方向にステップ移動される。

【００４１】以後同様に、ステップ移動後の各検出ポイ
ントＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆにおいてそれぞれ差分値Ｃ（Cx，C
y），Ｄ（Dx，Dy），Ｅ（Ex，Ey），Ｆ（Fx，Fy）が検
出され、これらの差分値のｙ方向成分Ｃｙ，Ｄｙ，Ｅ
ｙ，Ｆｙが近似直線式Ｔにそれぞれ代入されて、これに
よりそれぞれｘ方向成分Ｃｘ，Ｄｘ，Ｅｘ，Ｆｘに対応
するｃ，ｄ，ｅ，ｆがステージ移動量としてそれぞれ算
出される。そして、これらの算出値ｃ，ｄ，ｅ，ｆに相
当する距離だけステージ１０がそれぞれステップ移動さ
れる。

【００４２】そして、例えば図中Ｇに示すように移動後
の検出ポイントの検出差分値Ｇ（Gx，Gy）が合焦状態と
看做し得る範囲内に入ったと判定されると、合焦状態に
達したものと判断されてＡＦ制御は終了する。

【００４３】このように本実施例では、対物レンズ１５
の倍率、開口絞り１４の開口度をパラメータとして、光
路差方式による各光学像のコントラスト値の各Ｓ字カー
ブを予め測定して、これらの測定されたＳ字カーブの合
焦位置における近似直線式をそれぞれ算出して記憶して
おき、ＡＦ制御時に各検出ポイントごとに検出された差
分値を上記予め記憶しておいた対応する近似直線式に代
入してステージ１０の移動量を算出し、この算出結果に
応じてステージ１０をステップ移動させるようにしてい
る。

【００４４】したがって本実施例によれば、被写体Ｍを
搭載したステージ１０の移動量は、一定値に固定されず
直線近似特性に応じて変化することになる。このため、
移動量を一定値に固定した場合に比べて、合焦位置に達
するまでのステップ数を減らして、焦点調整の所要時間
を短縮することができる。また、直線近似特性はＳ字カ
ーブの合焦位置において直線近似することにより求めた
ものであるため、移動量が大き過ぎて合焦位置を通り過
ぎることはなく、これにより合焦位置を境に検出ポイン
トが往復を繰り返すいわゆる振動状態に陥る不具合を生
じずに、円滑で高速度のＡＦ制御を行なうことができ
る。

【００４５】また本実施例では、各種Ｓ字カーブの近似
直線式をＡＦ制御に先立ち予め算出して記憶してあるた
め、ＡＦ制御中に各検出ポイントごとに近似直線式を算
出する必要がなく、これによりＡＦ制御中の演算量を減
らしてＡＦ制御の高速化を図ることができる。

【００４６】（第２の実施例）本実施例は、ＡＦ制御中
において、各検出ポイントごとに検出された差分値の絶
対値がそれぞれ前検出ポイントで検出された差分値の絶
対値に対し増加しているか否かを判定し、増加している
場合には予め設定された固定移動量だけステージ１０を
ステップ移動させ、これに対し増加していないと判定さ
れた場合には、前記第１の実施例と同様に予め算出して
記憶しておいた近似直線式に検出差分値を代入してステ
ージ移動量を算出し、この算出結果に応じてステージ１
０をステップ移動させるようにしたものである。

【００４７】図５は、本実施例に係わる自動焦点調整装
置のＣＰＵによるＡＦ制御手順およびその制御内容を示
すフローチャートである。なお、同図において前記図２
と同一ステップには同一符号を付して詳しい説明は省略
する。

【００４８】ＡＦ制御開始前の初期設定動作（ステップ
２ａ〜２ｅ）が終了すると、ＣＰＵ３５は制御フラグＮ
を１にセットしたのち、ステップ３ｂにおいてＡＦ制御
を開始する初期位置である第１の検出ポイントにおける
差分値を演算回路３４から取り込む。そして、ステップ
３ｃでこの差分値が合焦状態と看做し得る範囲内に入っ
ているか否かを判定する。この判定により、検出された
差分値が合焦状態と看做し得る範囲に入っていなけれ
ば、ステップ３ｄに移行する。そして、このステップ３
ｄにおいて制御フラグＮが１であるか否かを判定し、Ｎ
＝１ならばステップ３ｅで制御フラグＮをクリアしたの
ちステップ３ｉへ、そうでなければステップ３ｆへそれ
ぞれ移行する。すなわち、第１回目の検出時には必ずス
テップ３ｅの経路へ移行し、ステップ３ｆにおいて比較
するための初期値を得る。ステップ３ｆでは、今回の検
出ポイントにおいて検出された差分値の絶対値が、前回
の検出ポイントで検出された差分値の絶対値に対して増
加しているか否かが判定される。

【００４９】この判定の結果、今回の検出ポイントにお
いて検出された差分値の絶対値が、前回の検出ポイント
で検出された差分値の絶対値に対し増加していないと判
定された場合には、ＣＰＵ３５は合焦位置は比較的近い
と判断してステップ３ｉに移行する。このステップ３ｉ
では、上記検出差分値が先にステップ２ｅで選択してお
いた近似直線式に代入され、これによりステージ１０の
移動量が算出される。そしてこのステージ移動量の算出
値が求まると、ＣＰＵ３５はステップ３ｊにおいて上記
移動量の算出値に相当する距離だけステージ１０を移動
させるべく駆動回路３８に駆動指示を与える。このた
め、ステージ１０は上記移動量の算出値に相当する距離
だけステップ移動する。

【００５０】これに対し今回の検出ポイントにおいて検
出された差分値の絶対値が、前回の検出ポイントで検出
された差分値の絶対値に対し増加していると判定された
場合には、ＣＰＵ３５は現在位置が合焦位置から比較的
遠く離れていると判断してステップ３ｇを経てステップ
３ｈに移行する。このステップ３ｈでは、予め記憶され
ている固定移動量Ｐが選択される。そしてＣＰＵ３５
は、ステップ３ｊに移行してここで上記固定移動量Ｐに
相当する距離だけステージ１０を移動させる。

【００５１】そうしてステージ１０のステップ移動がな
されると、ＣＰＵ３５はステップ３ｂに戻って今度は上
記移動後の位置を第２の検出ポイントとし、この第２の
検出ポイントにおける差分値を演算回路３４から取り込
む。そして、ステップ３ｃでこの差分値が合焦状態と看
做し得る範囲内に入っているか否かを判定し、まだ入っ
ていなければステップ３ｄに移行し、Ｎ＝１ならばステ
ップ３ｅでＮ＝０にしたのちステップ３ｉに移行し、Ｎ
＝１でなければステップ３ｆに移行する。このステップ
３ｆでは、先に述べたように今回の検出ポイントにおい
て検出された差分値の絶対値が前回の検出ポイントで検
出された差分値の絶対値に対して増加しているか否かが
判定される。そして、このステップ３ｆにおいて、増加
していないと判定された場合には、ステップ３ｉにおい
て上記差分値と近似直線式とからステージ１０の移動量
を算出し、この算出値に応じてステージ１０をステップ
移動させる。これに対し、今回検出された差分値が前回
の差分値に対し増加していると判定された場合には、ス
テップ３ｇでＮ＝１としたのちステップ３ｈに移行す
る。このステップ３ｈにおいては、予め記憶されている
固定移動量Ｐが選択され、この固定移動量Ｐに相当する
距離だけステージ１０を移動させる。

【００５２】以後同様に、移動後に検出された差分値が
合焦状態と看做し得る範囲内に入ったことがステップ３
ｃで確認されるまで、上記ステップ３ｂからステップ３
ｊまでの制御が繰り返し行なわれる。

【００５３】なお、制御フラグＮによって一度ステップ
３ｈに移行して固定移動量によりステージ１０を移動さ
せた後は、次のステージ移動はステップ３ｉの近似直線
を使用して行なわれることになり、これによりステップ
３ｆでの判定は正確に行なわれる。

【００５４】以上のＡＦ制御動作を図６を用いて具体的
に説明する。いま仮に、第１の検出ポイントＡからＡＦ
制御を開始したとする。そうすると、この第１の検出ポ
イントＡにおいて検出された差分値の絶対値は、前回の
検出ポイントにおける差分値に代わって予め設定してあ
るＳ字カーブの最大値と比較され、この最大値よりも増
加しているか否かが判定される。ここでは必ず増加して
いないとの判定結果が得られるので、近似直線式を基に
ステージ移動量が算出され、この算出結果に応じてステ
ージ１０は移動させられる。

【００５５】次にこの移動後の第２の検出ポイントＢに
おいては、差分値が検出されると、その絶対値が前回の
検出ポイントＡにおける差分値の絶対値よりも増加して
いるか否かが判定される。このとき、図６に示すように
Ｓ字カーブが最大値をとる位置イ，ロよりも反合焦位置
側の領域（ハッチングで図示）では、今回の検出ポイン
トで検出された差分値の絶対値は、前回の検出ポイント
において検出された差分値の絶対値に対しても必ず増加
する。このため、上記第２の検出ポイントＢにおいては
増加している旨の判定結果が得られ、この判定結果を受
けてステージ移動量としては予め設定してある固定移動
量Ｐが設定される。そして、ステージ１０はこの固定移
動量Ｐに相当する量だけ大きく移動する。

【００５６】なお、上記固定移動量Ｐの値は、図６に示
すようにＳ字カーブが最大値をとる位置から合焦位置ま
での長さＰに相当する値に設定される。このように固定
移動量Ｐを設定しておけば、如何なる場合でも移動後の
ステージ位置が合焦位置を通り過ぎることはない。

【００５７】次に上記移動後の第３の検出ポイントＣに
おいては、ステップ３ｉにおける近似直線式に応じたス
テージ移動量ｃの算出を行なう。そして、この算出結果
に応じてステージ１０を上記ｃに相当するだけ移動させ
る。

【００５８】以後、同様に各検出ポイントＤ，…におい
て上記ステップ３ｂ〜３ｊよるＡＦ制御が繰り返し実行
され、差分値が合焦状態と看做し得る範囲内に入ったと
ステップ３ｂで判定されると、合焦状態に達したものと
判断されてＡＦ制御は終了する。

【００５９】このように本実施例では、ＡＦ制御中にお
いて、各検出ポイントごとに検出された差分値の絶対値
がそれぞれ前検出ポイントで検出された差分値の絶対値
に対し増加しているか否かを判定し、増加している場合
には予め設定された固定移動量Ｐだけステージ１０をス
テップ移動させ、これに対し増加していないと判定され
た場合には、予め算出して記憶しておいた近似直線式に
検出差分値を代入してステージ移動量を算出し、この算
出結果に応じてステージ１０をステップ移動させるよう
にしている。

【００６０】したがって本実施例によれば、Ｓ字カーブ
の差分値が最大となる位置イ，ロよりも反合焦点位置側
の領域においては、Ｓ字カーブの最大値と合焦位置との
間の長さＰに相当する固定移動量Ｐだけステージ１０が
移動することになる。このため、全領域にわたりステッ
プ移動量を一定値に固定する場合に対しては勿論のこ
と、全領域において近似直線に従って移動量を可変設定
する場合に比べても、検出ポイント数を減らして合焦位
置に達するまでに要する時間をさらに短縮することがで
きる。また、固定移動量Ｐを先に述べたようにＳ字カー
ブの最大値と合焦位置との間の長さＰに相当する量に設
定しているので、移動後のステージ１０の位置が合焦位
置を通り過ぎることはなく、これにより円滑なＡＦ制御
を実施できる。

【００６１】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば、上記各実施例ではステージ１０を
光軸方向に移動させることにより合焦動作を行なうよう
に構成したが、対物レンズ１５を光軸方向に移動させる
ように構成してもよく、さらにはステージ１０および対
物レンズ１５の両方を移動させるように構成してもよ
い。ただし、この場合には対物レンズとして無限対物レ
ンズを使用する必要がある。その他、装置の構成、ＡＦ
制御手順およびその制御内容等についても、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

【００６２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、差
分値の合焦位置における直線近似特性を求め、この求め
られた直線近似特性と上記検出された差分値とに基づい
て上記被写体と結像光学系との間の相対距離の可変量を
求め、これらの求められた可変量に応じて上記被写体と
上記結像光学系との間の相対距離を可変するようにした
ことによって、合焦状態に達するまでの時間を短縮して
ＡＦ動作の高速化を図った自動焦点調整装置および自動
焦点調整方法を提供することができる。

【００６３】また他の本発明によれば、検出された差分
値の絶対値が前回の検出ポイントにおいて検出された差
分値の絶対値に対し増加しているか否かを判定し、差分
値の絶対値が増加していると判定された場合には上記差
分値の変化特性に基づいて予め設定した固定量を上記被
写体と結像光学系との間の相対距離の可変量とし、一方
差分値の絶対値が増加していないと判定された場合に
は、上記差分値の合焦位置における直線近似特性を求め
ておいて、上記検出された差分値と上記直線近似特性と
に基づいて上記被写体と結像光学系との間の相対距離の
可変量を求め、これらの求められた可変量に応じて上記
被写体と上記結像光学系との間の相対距離を可変するよ
うにしたことによって、対物レンズの焦点位置が合焦位
置から遠く離れている場合に、大きなステップ移動量で
焦点位置を合焦位置に近付けることができ、これにより
さらに高速度の自動焦点制御を行ない得る自動焦点調整
装置および自動焦点調整方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係わる顕微鏡用自動焦
点調整装置の構成を示す図。

【図２】図１に示した装置のＣＰＵによるＡＦ制御手順
およびその制御方法を示すフローチャート。

【図３】対物レンズ倍率、開口絞りの開口度、およびコ
ントラスト強度をパラメータとした場合のＳ字カーブの
変化特性およびその合焦位置における直線近似特性の一
例を示す図。

【図４】図２に示した制御手順によるＡＦ制御動作の具
体例を説明するために使用する図。

【図５】本発明の第２の実施例に係わる顕微鏡用自動焦
点調整装置のＣＰＵによるＡＦ制御手順およびその制御
方法を示すフローチャート。

【図６】図５に示した制御手順によるＡＦ制御動作の具
体例を説明するために使用する図。

【図７】光路差方式による前ピン像および後ピン像のコ
ントラスト特性およびその差分値であるＳ字カーブ特性
の一例を示す図。

【図８】映像信号の高周波成分に現れるコントラスト特
性の一例を示す図。

【符号の説明】

Ｍ…被写体 １０…ステージ １１…透過用光源 １２…光学レンズ １３…反射鏡 １４…開口絞り（ＡＳ） １５…対物レンズ １６…落射用光源 １７…光学レンズ １８…ハーフミラー １９…接眼プリズム ２０…接眼レンズ ２１…結像レンズ ２２…分割プリズム ３０…ＣＣＤセンサ ３１…アナログ処理部 ３２…アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器 ３３…メモリ ３４…演算回路 ３５…ＣＰＵ ３６…タイミングジェネレータ ３７…外部コントローラ ３８…駆動回路 Ｔ，Ｔa1，Ｔa2，Ｔb1，Ｔb2，Ｔc1，Ｔc2…近似直線

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各検出ポイントごとに、結像光学系にお
   ける予定結像面に対して共役な前後の各光学像のコント
   ラスト値の差分を差分検出手段により検出し、この検出
   された差分値を合焦位置に対応する値に近付けるべく被
   写体と前記結像光学系との間の相対距離を可変すること
   により、被写体に対する結像光学系の焦点調整を行なう
   自動焦点調整装置において、 前記差分値の合焦位置における直線近似特性を求めるた
   めの近似特性算出手段と、 前記差分検出手段により検出された差分値と前記近似特
   性算出手段により求められた直線近似特性とに基づい
   て、前記被写体と結像光学系との間の相対距離の可変量
   を求めるための可変量算出手段と、 この可変量算出手段により求められた可変量に応じて、
   前記被写体と前記結像光学系との間の相対距離を可変す
   るための距離可変手段とを具備したことを特徴とする自
   動焦点調整装置。
2. 【請求項２】 各検出ポイントごとに、結像光学系にお
   ける予定結像面に対して共役な前後の各光学像のコント
   ラスト値の差分を差分検出手段により検出し、この検出
   された差分値を合焦位置に対応する値に近付けるべく被
   写体と前記結像光学系との間の相対距離をステップ的に
   可変することにより、被写体に対する結像光学系の焦点
   調整を行なう自動焦点調整装置において、 前記差分検出手段により検出された差分値の絶対値が前
   回の検出ポイントにおいて検出された差分値の絶対値に
   対し増加しているか否かを判定するための増減判定手段
   と、 この増減判定手段により差分値の絶対値が増加している
   と判定された場合には、前記差分値の変化特性に基づい
   て予め設定した固定量を前記被写体と結像光学系との間
   の相対距離の可変量とする第１の可変量算出手段と、 前記差分値の合焦位置における直線近似特性を求めるた
   めの近似特性算出手段と、 前記増減判定手段により差分値の絶対値が増加していな
   いと判定された場合には、前記差分検出手段により検出
   された差分値と前記近似特性算出手段により求められた
   直線近似特性とに基づいて前記被写体と結像光学系との
   間の相対距離の可変量を求めるための第２の可変量算出
   手段と、 前記第１および第２の可変量算出手段により求められた
   可変量に応じて、前記被写体と前記結像光学系との間の
   相対距離を可変するための距離可変手段とを具備したこ
   とを特徴とする自動焦点調整装置。
3. 【請求項３】 近似特性算出手段は、結像光学系の対物
   レンズの倍率、および開口絞り量のうちの少なくとも一
   つをパラメータとして差分値の合焦位置における直線近
   似特性を予め求めて記憶しておくことを特徴とする請求
   項１または２に記載の自動焦点調整装置。
4. 【請求項４】 各検出ポイントごとに、結像光学系にお
   ける予定結像面に対して共役な前後の各光学像のコント
   ラスト値の差分を検出し、この検出された差分値を合焦
   位置に対応する値に近付けるべく被写体と前記結像光学
   系との間の相対距離を可変するに際し、 前記差分値の合焦位置における直線近似特性を求める工
   程と、 この工程で求められた直線近似特性と前記検出された差
   分値とに基づいて、前記被写体と結像光学系との間の相
   対距離の可変量を求める工程と、 この工程で求められた可変量に応じて、前記被写体と前
   記結像光学系との間の相対距離を可変する工程とを具備
   したことを特徴とする自動焦点調整方法。
5. 【請求項５】 各検出ポイントごとに、結像光学系にお
   ける予定結像面に対して共役な前後の各光学像のコント
   ラスト値の差分を検出し、この検出された差分値を合焦
   位置に対応する値に近付けるべく被写体と前記結像光学
   系との間の相対距離を可変するに際し、 前記検出された差分値の絶対値が前回の検出ポイントに
   おいて検出された差分値の絶対値に対し増加しているか
   否かを判定する工程と、 前記差分値の絶対値が増加していると判定された場合に
   は、前記差分値の変化特性に基づいて予め設定した固定
   量を前記被写体と結像光学系との間の相対距離の可変量
   とする工程と、 前記差分値の合焦位置における直線近似特性を求める工
   程と、 前記差分値の絶対値が増加していないと判定された場合
   には、前記検出された差分値と前記直線近似特性とに基
   づいて前記被写体と結像光学系との間の相対距離の可変
   量を求める工程と、 前記求められた可変量に応じて、前記被写体と前記結像
   光学系との間の相対距離を可変するための工程とを具備
   したことを特徴とする自動焦点調整方法。