JPH10319313A - 自動焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、精度の高い安定した焦点検出を行う
ことができる画像評価関数を用いた自動焦点検出装置を
提供する。 【解決手段】試料１の光像を対物レンズ２、結像レンズ
３を通してイメージセンサ４に取り込み、このイメージ
センサ４に取り込まれた画像データをメモリ７に記憶
し、このメモリ７中の所定範囲の画素データをコントラ
スト評価演算手段８に読み出して、この画素データの隣
接する複数画素の和を１つの画素ブロックとし、これら
画素ブロックの隣接するものの差分または差分の２乗の
総和を画像のコントラスト値として演算するとともに、
１回ごとの画像入力おいて画素ブロックに含まれる画素
データの組み合わせを変えて複数回画像のコントラスト
値を求め、それらの和を画像評価関数として合焦度を求
める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、合焦度を演算する
のに画像評価関数を用いた自動焦点検出装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、レンズで結像される光像
は、焦点整合時にその像の明るさのレベルの振幅の大き
さ、すなわちコントラストが最大になる特徴を有するこ
とが知られている。これは光像の各空間周波数における
光強度（パワースペクトル）が焦点整合時に最大になる
ために起こる現象であり、この現象を利用して焦点位置
を検出する方法が考えられている。

【０００３】しかして、従来、このような考えに基づい
た自動焦点検出装置として、特開昭５６−１０２２号公
報に開示されるように、複数個の微少光電素子からなる
自己走査型光電素子を用い、その微少光電素子の内の２
個間の光電出力差を光電出力和で割った信号を抽出し、
且つその信号の一定走査周期内における尖頭値をコント
ラスト信号となすようにしたもの、特開昭５７−２０７
２１０号公報に開示されるように、光学系の予定焦点面
の前後に位置される２組の受光素子群の出力に対して各
組ごとに受光素子の２個づつ予め設定された隣接関係に
ない組み合わせを含む所定の組み合わせの出力差をとっ
て非線形型演算を行い光学系の位置を検出し、これらの
検出信号のうち２組の検出信号の差を取り、この時の出
力信号より光学系の位置を判定して非合焦領域では光学
系位置に応じたアナログ信号を出力し、幅を持った合焦
領域では所定レベルの合焦信号を出力するようにしたも
の、さらには、特開平６−７８１１２号公報に開示され
るように、結像光学系により形成された被写体像が受光
面上に投影されるＣＣＤイメージセンサの各画素から電
荷転送クロックにより読み出される電荷を順次蓄積する
とともに、電荷転送クロックの半周期を整数倍した周期
でリセットして所定数の隣接画素を加算し、この加算さ
れた電荷をサンプリングするもので、ＣＣＤイメージセ
ンサから被写体を取り込むときの画素入力範囲を、リセ
ット周期の間に加算し得る画素数の最大値を整数倍した
画素範囲に設定することで被写体像の取り込み範囲を一
定にして画像評価の精度を向上させるようにしたものが
知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これら従来
の焦点検出を行うものは、隣接しない２画素を用いて画
像のコントラスト値を求めるものと、隣接する２画素を
用いて画像のコントラスト値を求めるものに分けられ
る。

【０００５】このうちの隣接関係にない２画素を用いた
ものでは、これら隣接関係にない画素の信号レベルの差
を求めて画像のコントラスト値としているが、この場
合、各画素を間引いて使用するようにしており、これに
より得られたコントラスト値は全ての画像情報を使用し
ていないため、コントラスト値の演算結果の信頼度は低
くなり、これにより得られる焦点位置の精度も低いもの
となる。また、画像評価範囲内の各画素の信号レベルを
順にＳ０、Ｓ１、Ｓ２、…とすると、例えば、｜Ｓ０−
Ｓ４｜＋｜Ｓ４−Ｓ８｜とした場合と、｜Ｓ２−Ｓ６｜
＋｜Ｓ６−Ｓ１０｜とした場合では、同じ画像の場合で
も、それぞれのコントラスト値に相違が生じてしまう。

【０００６】一方、隣接関係にある２画素を用いたもの
では、隣接する複数の画素の和を画素ブロックとして隣
接する画素ブロックを出力差を求め画像のコントラスト
値としているが、この場合も、例えば、｜（Ｓ０＋Ｓ１
＋Ｓ２＋Ｓ３）−（Ｓ４＋Ｓ５＋Ｓ６＋Ｓ７）｜＋｜
（Ｓ８＋Ｓ９＋Ｓ１０＋Ｓ１１）−（Ｓ１２＋Ｓ１３＋
Ｓ１４＋Ｓ１５）｜＋…とした場合と、｜（Ｓ２＋Ｓ３
＋Ｓ４＋Ｓ５）−（Ｓ６＋Ｓ７＋Ｓ８＋Ｓ９）｜＋｜
（Ｓ１０＋Ｓ１１＋Ｓ１２＋Ｓ１３）−（Ｓ１４＋Ｓ１
５＋Ｓ１６＋Ｓ１７）｜＋…とした場合で、同じ画像の
場合でも、それぞれのコントラスト値に相違が生じてし
まう。

【０００７】このようにして画像評価関数を焦点調整に
適用した場合、コントラスト値を演算しながら焦点調整
を行う過程において、イメージセンサなどに取り込まれ
る画像の位置が少しずれただけでも、コントラスト値を
求めるための画素の組み合わせが変化するようになり、
このため、コントラスト値の演算結果が不安定になっ
て、精度の高い、安定した焦点検出が得られないという
問題があった。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、精度の高い安定した焦点検出を行うことができる画
像評価関数を用いた自動焦点検出装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
試料の光像が投影されるイメージセンサより取り込まれ
た画像中の所定範囲の画素データの隣接する複数画素の
和を１つの画素ブロックとし、これら画素ブロックの隣
接するものの差分または差分の２乗の総和を画像のコン
トラスト値として演算するとともに、１回ごとの画像入
力おいて画素ブロックに含まれる画素データの組み合わ
せを変えて複数回画像のコントラスト値を求め、それら
の和を画像評価関数として合焦度を求めるようにしてい
る。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載にお
いて、前記画素ブロックに含まれる画素データの組み合
わせを変えて画像のコントラスト値を求める回数は、焦
点位置からのずれ量および焦点調整の必要精度の少なく
とも一方を条件として決定されている。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１記載にお
いて、前記画素ブロックの１つに含まれる画素データの
数は、焦点位置からのずれ量、焦点調整の必要精度、画
像の明るさおよび試料の光像を取り込む光学系の光学的
条件の少なくとも１つを条件として決定されている。

【００１２】この結果、請求項１記載の発明によれば、
画像信号中の評価対象となるコントラスト情報を漏らさ
ず評価できるので、焦点調整動作の過程において、イメ
ージセンサに投影される画像が多少ずれたような場合も
コントラスト評価値が変化することがなくなる。

【００１３】請求項２記載の発明によれば、焦点ずれが
大きな領域では、コントラスト評価関数として比較的単
純なコントラスト評価関数を用いて処理の時間短縮を優
先し、焦点位置に近付づくに従って複雑で高精度のコン
トラスト評価関数に変更するようにできる。

【００１４】請求項３記載の発明によれば、焦点位置か
らのずれ量、焦点調整の必要精度、画面の明るさ、対物
レンズの倍率などの光学的条件によって画素ブロックの
大きさを変更することで、目的に合致させた画像の評価
関数を選択できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。 （第１の実施の形態）図１は、本発明が適用される実施
の形態の概略構成を示している。図１において、１は試
料で、この試料１の光像を対物レンズ２、結像レンズ３
を通してイメージセンサ４に取り込み、このイメージセ
ンサ４上に試料１の光像を投影させるようにしている。
この場合、結像レンズ３は、試料１の光像をイメージセ
ンサ４の予定焦点位置に投影させるものである。イメー
ジセンサ４は、結像レンズ３により予定焦点位置または
予定焦点位置前後の光像が投影されると、この光像を各
画素ごとに光電変換し画像データとして出力するように
している。

【００１６】そして、イメージセンサ４に演算回路５を
接続し、この演算回路５にＡ／Ｄコンバータ６を介して
メモリ７を接続し、このメモリ７にコントラスト評価演
算手段８を接続している。また、イメージセンサ４、演
算回路５およびＡ／Ｄコンバータ６には、タイミングジ
ェネレータ９を接続している。

【００１７】ここで、演算回路５は、イメージセンサ４
に取り込まれた画像に対し波形整形などの所定の処理を
行うようにしている。Ａ／Ｄコンバータ６は、演算回路
５で処理された画像データをデジタル信号に変換するも
のである。メモリ７は、Ａ／Ｄコンバータ６でデジタル
化された画素データを一時記憶するものである。コント
ラスト評価演算手段８は、イメージセンサ４よりメモリ
７に書き込まれた画素データのうち、予め設定された画
像評価範囲に相当する画素データのみを読み出し、これ
ら画素データの隣接する複数画素の和を１つの画素ブロ
ックとして、隣接する画素ブロックの差分または差分の
２乗の総和を画像のコントラスト値として演算するもの
である。そして、タイミングジェネレータ９は、イメー
ジセンサ４に対し駆動パルスを出力するとともに、演算
回路５とＡ／Ｄコンバータ６に対して信号処理を行うタ
イミングパルスを出力するものである。

【００１８】次に、このように構成した第１の実施の形
態の動作を説明する。まず、試料１に図示しない光源か
らの照明光を照射すると、試料１からの光像が対物レン
ズ２、結像レンズ３を介してイメージセンサ４上に投影
され、イメージセンサ４により、タイミングジェネレー
タ９から出力される駆動パルスに従って光像を各画素ご
とに光電変換され、画素データとして出力される。

【００１９】そして、このイメージセンサ４からの画素
データは、演算回路５に送られ、波形整形などの所定の
処理が施されたのち、タイミングジェネレータ９のタイ
ミングパルスに応じてＡ／Ｄコンバータ６でデジタル信
号に変換され、メモリ７に書き込まれる。

【００２０】この状態で、コントラスト評価演算手段８
は、イメージセンサ４よりメモリ７に書き込まれた画素
データのうち、予め設定された画像評価範囲内の画素デ
ータのみを読み出し、隣接する複数画素の和を１つの画
素ブロックとし、これら隣接する画素ブロックの差分ま
たは差分の２乗の総和を画像のコントラスト値として演
算するとともに、１回の画像入力おいて画素ブロックに
含まれる画素データの組み合わせを変えて複数回画像の
コントラスト値を求め、それらの和に基づいて合焦度を
求めるようになる。

【００２１】この場合、図２（ａ）に示すように、１つ
の画素ブロックの大きさを４画素、画像評価範囲の画素
番号Ｉ（０）、Ｉ（１）、Ｉ（２）、…のそれぞれの信
号レベルをＳ０、Ｓ１、Ｓ２、…とすると、まず、図２
（ｂ）に示すように画素番号Ｉ（０）〜Ｉ（３）を画素
ブロックＢＬ１（１）、画素番号Ｉ（４）〜Ｉ（７）を
画素ブロックＢＬ１（２）、…として、この時のコント
ラスト値ＥＦ（０）を、 ＥＦ（０）＝｜（Ｓ０＋Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３）−（Ｓ４＋
Ｓ５＋Ｓ６＋Ｓ７）｜＋｜（Ｓ８＋Ｓ９＋Ｓ１０＋Ｓ１
１）−（Ｓ１２＋Ｓ１３＋Ｓ１４＋Ｓ１５）｜＋… より求め、同様にして、今度は、画素番号Ｉ（１）〜Ｉ
（４）を画素ブロックＢＬ２（１）、画素番号Ｉ（５）
〜Ｉ（８）を画素ブロックＢＬ２（２）、…として、こ
の時のコントラスト値ＥＦ（１）を、 ＥＦ（１）＝｜（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）−（Ｓ５＋
Ｓ６＋Ｓ７＋Ｓ８）｜＋｜（Ｓ９＋Ｓ１０＋Ｓ１１＋Ｓ
１２）−（Ｓ１３＋Ｓ１４＋Ｓ１５＋Ｓ１６）｜＋… より求める。さらに、図２（ｃ）に示すように画素番号
Ｉ（２）〜Ｉ（５）を画素ブロックＢＬ３（１）、画素
番号Ｉ（６）〜Ｉ（９）を画素ブロックＢＬ３（２）、
…として、この時のコントラスト値ＥＦ（２）を、 ＥＦ（２）＝｜（Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４＋Ｓ５）−（Ｓ６＋
Ｓ７＋Ｓ８＋Ｓ９）｜＋｜（Ｓ１０＋Ｓ１１＋Ｓ１２＋
Ｓ１３）−（Ｓ１４＋Ｓ１５＋Ｓ１６＋Ｓ１７）｜＋… より求める。

【００２２】このようにして、各画素ブロックに含まれ
る画素の組み合わせを１画素分づつずらしながら、さら
に、コントラスト値ＥＦ（３）、ＥＦ（４）、…を求
め、その後、これらコントラスト値ＥＦ（０）、ＥＦ
（１）、…の総和、つまりＦ（０）＋ＥＦ（１）＋Ｆ
（２）＋ＥＦ（３）＋、…を演算し、この結果を画像の
コントラスト評価値とする。

【００２３】従って、このようにすれば、イメージセン
サ４より捕らえられた画像信号中の評価対象となるコン
トラスト情報を漏らさず評価できるようになるので、焦
点整合動作の過程において、イメージセンサ４に投影さ
れる画像が対物レンズ２の光軸に対し垂直方向に多少ず
れたような場合も、急激にコントラスト評価値が変化す
ることがなくなり、安定した画像評価を行うことができ
る。

【００２４】この結果、このような考えを、例えば、イ
メージセンサ４に予定焦点前後２画像を投影し、これら
２画像のコントラスト評価値を比較して焦点調整を行
う、いわゆる光路差方式のものに採用すると、かかる方
式のものでも、予定焦点前後画像評価範囲が一致してい
る必要があるものの、顕微鏡観察などで様々な光学素子
の組み合わせて使用する場合に、イメージセンサ４に投
影した予定焦点前後画像範囲が数画素分ずれてしまうこ
とがあると、従来では、同じ画像が投影されているのに
かかわらず、図２（ｂ）（ｃ）に示すようにコントラス
ト評価結果に差が生じることになるが、上述したような
評価演算を実行することで、図２（ｂ）の演算結果も同
図（ｃ）に示す演算結果を含んだ画像評価を行うことが
できることから、常に安定した画像評価を得ることがで
きる。

【００２５】なお、上述した第１の実施の形態では、１
つの画素ブロックの大きさを４画素としたが、４画素以
外の画素数の場合においても、上述したと同様に処理を
行うことができる。 （第２の実施の形態）図３は、本発明の第２の実施の形
態の概略構成を示すもので、図１と同一部分には同符号
を付している。

【００２６】この場合、コントラスト評価演算手段８に
ＣＰＵ１０を接続している。このＣＰＵ１０は、タイミ
ングジェネレータ９に制御指令を与えるとともに、コン
トラスト評価演算手段８で演算されたコントラスト評価
値を読み出して焦点のずれ方向やずれ量を算出するもの
である。

【００２７】そして、このＣＰＵ１０にステージ駆動回
路１１を接続している。このステージ駆動回路１１は、
ＣＰＵ１０で算出された焦点のずれ方向やずれ量に基づ
いて試料１を載置したステージ１２の光軸方向の駆動を
制御するものである。

【００２８】次に、このように構成した第２の実施の形
態の動作を図４に示すフローチャートにより説明する。
まず、ステップ４０１で、画素データをメモリ７に書き
込む。この場合も上述したように、試料１からの光像
が、対物レンズ２、結像レンズ３を介してイメージセン
サ４上に投影されると、イメージセンサ４により各画素
ごとに光電変換され画素データとして出力される。そし
て、この画素データは、演算回路５で、波形整形など所
定の処理が施されたのち、Ａ／Ｄコンバータ６でデジタ
ル信号に変換され、メモリ７に書き込まれるようにな
る。

【００２９】次いで、ステップ４０２で、コントラスト
評価演算手段８は、予め設定された画像評価範囲の画素
データをメモリ７から順次読み出し、隣接する複数画素
の和を１つの画素ブロックとし、隣接する画素ブロック
の差分の総和を画像のコントラスト値ＥＦ（０）として
演算する。つまり、この場合、上述した図２（ａ）に示
すように、１つの画素ブロックの大きさを４画素、画像
評価範囲の画素番号Ｉ（０）、Ｉ（１）、Ｉ（２）、…
のそれぞれの信号レベルをＳ０、Ｓ１、Ｓ２、…とする
と、まず、図２（ｂ）に示すように画素番号Ｉ（０）〜
Ｉ（３）を画素ブロックＢＬ１（１）、画素番号Ｉ
（４）〜Ｉ（７）を画素ブロックＢＬ１（２）、…とし
て、この時のコントラスト値ＥＦ（０）を、 ＥＦ（０）＝｜（Ｓ０＋Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３）−（Ｓ４＋
Ｓ５＋Ｓ６＋Ｓ７）｜＋｜（Ｓ８＋Ｓ９＋Ｓ１０＋Ｓ１
１）−（Ｓ１２＋Ｓ１３＋Ｓ１４＋Ｓ１５）｜＋… より演算する。

【００３０】次に、ステップ４０３で、ＣＰＵ１０は、
コントラスト評価演算手段８からコントラスト値ＥＦ
（０）を読み出し、焦点ずれ量が所定レベルより大きい
か否かを判断する。

【００３１】ここで、焦点ずれ量が所定レベルより大き
く、Ｙｅｓならば、高精度評価を行う必要がないと判断
して、ステップ４０４に進み、コントラスト値ＥＦ
（０）に基づいてステージ駆動量および駆動方向を算出
し、この結果をステージ駆動回路１１に与えることで、
ステージ１２の光軸方向の駆動を制御する。一方、焦点
ずれ量が所定レベルより小さく、Ｎｏならば、焦点に近
い位置に来ていると判断し、ＣＰＵ１０よりコントラス
ト評価演算手段８に対しＥＦ（０）と画素ブロックの構
成が異なるＥＦ（２）を演算させる指令を出力する。

【００３２】これにより、コントラスト評価演算手段８
は、ＣＰＵ１０の指令に従ってコントラスト値ＥＦ
（２）を演算する。この場合、図２（ｃ）に示すように
画素番号Ｉ（２）〜Ｉ（５）を画素ブロックＢＬ３
（１）、画素番号Ｉ（６）〜Ｉ（９）を画素ブロックＢ
Ｌ３（２）、…として、この時のコントラスト値ＥＦ
（２）を、 ＥＦ（２）＝｜（Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４＋Ｓ５）−（Ｓ６＋
Ｓ７＋Ｓ８＋Ｓ９）｜＋｜（Ｓ１０＋Ｓ１１＋Ｓ１２＋
Ｓ１３）−（Ｓ１４＋Ｓ１５＋Ｓ１６＋Ｓ１７）｜＋… より求める。

【００３３】そして、ステップ４０５で、ＣＰＵ１０
は、コントラスト評価演算手段８からコントラスト値Ｅ
Ｆ（２）を読み出すとともに、ＥＦ（０）＋ＥＦ（２）
を演算し、さらに、ステップ４０６で、焦点位置の近傍
にあるか否かを判断する。

【００３４】ここでも焦点近傍でなく、Ｎｏならば、ス
テップ４０４に進み、コントラスト値ＥＦ（０）＋ＥＦ
（２）に基づいてステージ駆動量および駆動方向を算出
し、この結果をステージ駆動回路１１に与えることで、
ステージ１２の光軸方向の駆動を制御する。一方、焦点
位置の近傍に来ていてＹｅｓならば、焦点合わせのの最
終段階として、ＣＰＵ１０よりコントラスト評価演算手
段８に対しＥＦ（０）、ＥＦ（２）と画素ブロックの構
成が異なるＥＦ（１）を演算させる指令を出力する。こ
れにより、コントラスト評価演算手段８は、ＣＰＵ１０
の指令に従ってコントラスト値ＥＦ（１）を演算する。

【００３５】この場合、画素番号Ｉ（１）〜Ｉ（４）を
画素ブロックＢＬ２（１）、画素番号Ｉ（５）〜Ｉ
（８）を画素ブロックＢＬ２（２）、…として、この時
のコントラスト値ＥＦ（１）を、 ＥＦ（１）＝｜（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）−（Ｓ５＋
Ｓ６＋Ｓ７＋Ｓ８）｜＋｜（Ｓ９＋Ｓ１０＋Ｓ１１＋Ｓ
１２）−（Ｓ１３＋Ｓ１４＋Ｓ１５＋Ｓ１６）｜＋… より求めるとともに、画素番号Ｉ（３）〜Ｉ（６）を画
素ブロックＢＬ４（１）、画素番号Ｉ（７）〜Ｉ（１
０）を画素ブロックＢＬ４（２）、…として、この時の
コントラスト値ＥＦ（３）を、 ＥＦ（３）＝｜（Ｓ３＋Ｓ４＋Ｓ５＋Ｓ６）−（Ｓ７＋
Ｓ８＋Ｓ９＋Ｓ１０）｜＋｜（Ｓ１１＋Ｓ１２＋Ｓ１３
＋Ｓ１４）−（Ｓ１５＋Ｓ１６＋Ｓ１７＋Ｓ１８）｜＋
… より求める。

【００３６】そして、ステップ４０７で、ＣＰＵ１０
は、コントラスト評価演算手段８からコントラスト値Ｅ
Ｆ（１）、ＥＦ（３）を読み出すとともに、ＥＦ（０）
＋ＥＦ（１）＋ＥＦ（２）＋ＥＦ（３）を演算し、さら
に、ステップ４０８で、合焦範囲内であるか否かを判断
する。

【００３７】ここでも合焦範囲内でなく、Ｎｏならば、
ステップ４０４に進み、コントラスト値ＥＦ（０）＋Ｅ
Ｆ（１）＋ＥＦ（２）＋ＥＦ（３）に基づいてステージ
駆動量および駆動方向を算出し、この結果をステージ駆
動回路１１に与えることで、ステージ１２の光軸方向の
駆動を制御する。一方、合焦範囲内と判断し、Ｙｅｓな
らば、焦点調整動作を終了する。

【００３８】従って、このようにすれば、焦点ずれが大
きな領域では、コントラスト評価関数としてＥＦ（０）
のように比較的単純なコントラスト評価関数を用いるこ
とで、精度に比べ処理の時間短縮を優先し、焦点位置に
近付づくに従ってＥＦ（０）＋ＥＦ（２）またはＥＦ
（０）＋ＥＦ（１）＋ＥＦ（２）＋ＥＦ（３）のような
複雑で高精度のコントラスト評価関数に変更していくこ
とにより、高速で且つ精度の高い焦点調整を実現するこ
とができる。つまり、第２の実施の形態では、焦点から
のずれ量の大きさによって焦点調整に用いるコントラス
ト評価関数をＥＦ（０）のみ、ＥＦ（０）＋ＥＦ（２）
またはＥＦ（０）＋ＥＦ（１）＋ＥＦ（２）＋ＥＦ
（３）を選択可能にしているので、例えば、写真撮影の
ように、かなりの高精度の焦点整合が必要とされる場合
は、ＥＦ（０）＋ＥＦ（１）＋ＥＦ（２）＋ＥＦ（３）
からなる高精度のためのコントラスト評価関数を選択
し、目視による検査のように試料を動かしながら観察す
るような場合、写真撮影に比べ精度を必要としないが、
高速な追従性能が要求される場合は、ＥＦ（０）または
ＥＦ （０）＋ＥＦ（２）のコントラスト評価関数を選
択するように焦点調整のモードによってコントラスト評
価関数を選択することにより、目的に合致した高速で且
つ精度の高い焦点調整を実現ができる。（第３の実施の
形態）この場合、第３の実施の形態では、第２の実施の
形態で説明した図３と同様のに構成されるので、ここで
は図３を援用して説明を省略する。

【００３９】そして、このようにした第３の実施の形態
の動作を図５に示すフローチャートにより説明する。ま
ず、ステップ５０１で、画素データをメモリ７に書き込
む。この場合も上述したように、試料１からの光像が、
対物レンズ２、結像レンズ３を介してイメージセンサ４
上に投影されると、イメージセンサ４により各画素ごと
に光電変換され画素データとして出力される。そして、
この画素データは、演算回路５で、波形整形など所定の
処理が施されたのち、Ａ／Ｄコンバータ６でデジタル信
号に変換され、メモリ７に書き込まれるようになる。

【００４０】次に、ステップ５０２で、ＣＰＵ１０によ
り現在光路中にある対物レンズ２の倍率が高倍率のもの
か否かを判断する。ここで、対物レンズ２が低倍率のも
ので、Ｎｏならば、ステップ５０３で、コントラスト評
価演算手段８に対し１つの画素ブロックに含める画素数
を少なくするように出力し、一方、対物レンズ２が高倍
率のものでＹｅｓならば、ステップ５０４で、コントラ
スト評価演算手段８に対し１つの画素ブロックに含める
画素数を多くするように出力する。

【００４１】そして、ステップ５０５で、コントラスト
評価演算手段８は、予め設定された画像評価範囲の画素
データをメモリ７から順に読み出し、第１の実施の形態
で述べたと同様にしてＣＰＵ１０に指定された数の隣接
画素の和を１つの画素ブロックとし、隣接する画素ブロ
ックの差分の総和を画像のコントラスト値として演算
し、この結果に基づいて、ＣＰＵ１０は、ステップ５０
６で、合焦範囲内か否かを判断する。ここで、合焦範囲
内でなく、Ｎｏならば、ステップ５０１に戻って、上述
した動作を繰り返し、また、合焦範囲内で、Ｙｅｓなら
ば、ステップ５０７に進み焦点調整動作を終了する。

【００４２】従って、このようにすれば、顕微鏡などに
おいて、対物レンズ２の倍率を極低倍率から高倍率の範
囲で切り換えて観察するような場合、観察画像の周波数
分布も大幅に変化する特徴を有しているが、このような
場合でも、対物レンズ２の倍率によって画素ブロックの
大きさを変更できるようにしたので、対物レンズ２の低
倍率から高倍率の範囲でも高精度で安定した焦点検出を
行うことができる。

【００４３】なお、上述では、対物レンズ２の倍率など
の光学条件に応じて画素ブロックの大きさを変更できる
ようにしたが、これに限らず、焦点位置からのずれ量、
焦点調整の必要精度、画面の明るさなどの光学的条件に
よって画素ブロックの大きさを変更して画像の評価関数
を選択するようにもできる。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、画像
信号中の評価対象となるコントラスト情報を漏らさず評
価できるようになるので、焦点調整動作の過程におい
て、イメージセンサに投影される画像が多少ずれたよう
な場合も、急激にコントラスト評価値が変化することが
なくなり、安定した画像評価を行うことができる。

【００４５】また、焦点ずれが大きな領域では、コント
ラスト評価関数として比較的単純なコントラスト評価関
数を用いることで、精度に比べ処理の時間短縮を優先
し、焦点位置に近付づくに従って複雑で高精度のコント
ラスト評価関数に変更していくことにより、目的に合致
した高速で且つ精度の高い焦点調整を実現できる。

【００４６】焦点位置からのずれ量、焦点調整の必要精
度、画面の明るさ、対物レンズの倍率などの光学的条件
によって画素ブロックの大きさを変更して画像の評価関
数を選択するようにもできるので、この場合も、目的に
合致した高速で且つ精度の高い焦点調整を実現ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す
図。

【図２】第１の実施の形態を説明するための図。

【図３】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す
図。

【図４】第２の実施の形態を説明するためのフローチャ
ート。

【図５】本発明の第３の実施の形態を説明するためのフ
ローチャート。

【符号の説明】

１…試料、 ２…対物レンズ、 ３…結像レンズ、 ４…イメージセンサ、 ５…演算回路、 ６…Ａ／Ｄコンバータ、 ７…メモリ、 ８…コントラスト評価演算手段、 ９…タイミングジェネレータ、 １０…ＣＰＵ、 １１…ステージ駆動回路、 １２…ステージ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料の光像が投影されるイメージセンサ
   より取り込まれた画像中の所定範囲の画素データの隣接
   する複数画素の和を１つの画素ブロックとし、これら画
   素ブロックの隣接するものの差分または差分の２乗の総
   和を画像のコントラスト値として演算するとともに、１
   回ごとの画像入力おいて画素ブロックに含まれる画素デ
   ータの組み合わせを変えて複数回画像のコントラスト値
   を求め、それらの和を画像評価関数として合焦度を求め
   ることを特徴とする自動焦点検出装置。
2. 【請求項２】 前記画素ブロックに含まれる画素データ
   の組み合わせを変えて画像のコントラスト値を求める回
   数は、焦点位置からのずれ量および焦点調整の必要精度
   の少なくとも一方を条件として決定されることを特徴と
   する請求項１記載の自動焦点検出装置。
3. 【請求項３】 前記画素ブロックの１つに含まれる画素
   データの数は、焦点位置からのずれ量、焦点調整の必要
   精度、画像の明るさおよび試料の光像を取り込む光学系
   の光学的条件の少なくとも１つを条件として決定される
   ことを特徴とする請求項１記載の自動焦点検出装置。