JPS59155808A

JPS59155808A - 自動焦点検出装置

Info

Publication number: JPS59155808A
Application number: JP2859583A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Horikawa; 嘉明堀川
Original assignee: Olympus Corp; Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1983-02-24
Filing date: 1983-02-24
Publication date: 1984-09-05

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】れる自動焦点検出装置であって、異なる光路を通って形
成された二つの像を多数の素子を配列して成る光′亀変
換装（ａにより個別に光電出力信号に変換し、該光′低
出力信号に基いて二つの像の相対位置関係を検出するこ
とによυ合焦検出を行うようにした自動焦点検出装置に
関するものである。

この種従来の自動焦点検出装置には、三角測量を応用し
た距離計式のものや瞳を通る光束を分割して二つの像を
得る’ｒ　Ｔ　Ｌ方式のものがあり、いずれも二つの像
の合致を検出するのに二つの像についてデジタル的に相
関を求め、その相関値の極値をもって合致となし且つそ
の合致まで二つの像の相対移＠量をもって１象の位相差
量とするものであった。

第１図はその一例を示しており、図示し々いイメージセ
ンサ−により撮られた二つの像のデータＡ，Ｂはサンプ
ルホールド回路，Ａ−Ｄ変換器（いずれも図示せず）等
を通ってリング状のシフトレジスタｌａ，ｌｂに夫々記
憶される。この例では画像データを１２８ビツト構成と
している。両画像データＡ，Ｂが夫々シフトレジスタｌ
ａ，ｌｂに格納されると、続いて差の絶対値を求める回
路２によシ各ビット毎の差の絶対値が求められ、更に加
算器３によってそれらの和が求められて二つの像の相関
値となる。次に、クロックＯＬからのノぞルスによりシ
フトレジスタ１ｂの画像データＢが１ビット分移動され
て再び回路２．加算器３により相関値が求められる。こ
のようにして、クロックＯＬにより次々と一方の画像デ
ータを移動させるたびに相関値が求められ、更にビーク
ディテクタ４によって相関値の極値が求められ、極値を
検出した位置が合焦位置となる。又、極値の場合のクロ
ック数がカウンタ５によって求められ、このクロック数
即ちシフトレジスタ１ｂの画像データＢの移動量が二つ
の画像の位相差量となり、これからデフォーカスの方向
と量を知ることが出来る。

ところが、この従来装置では、イメージセンサ−が一定
の大きさを有せざるを得ないためイメージセンサ−に写
る二つの像は単に位置がずれているだけでなく周辺部分
が異なったものとなり、その結果二つのシフトレジスタ
１．ａ、ｌｂに記憶される画像データＡ、Ｂも単に位置
がずれているだけでなく端部において異なったものとな
シ、而もこの一方の画像データをリング状に回転させな
がら相関を計算するので、正確な像の位相差が求められ
なかった。この点を第２図に基づき詳細に説明すれば、
（ａ）及び（ｂ）はシフトレジスタ１ａに格納された画
像データＡ及びシフトレジスタ１ｂに格納された画像デ
ータＢを夫々示していて、焦点が合っていない場合両方
の画像データＡ、Ｂがずれ従ってビークＰ　、　Ｐ’も
ずれていると共に、両方の画像データＡ、Ｂは端部にお
いて異なったものとなっている。又、　（ｃ）はシフト
レジスタ１ｂの画像データＢをαビット移動せしめたも
のを示している。従って、ビークＰ　、　Ｐ＃が一致し
ているととがら両画像データＡ、Ｂの位相差がαビット
であることがわかるが、（Ｃ）の画像データのうち０〜
αビツトの部分は（ｂ）の状態におけるβ〜１２７ビツ
トの部分であ！Ｕ、（ａ）と（ｃ）の画像データは児全
には一致しない。即ち、相関の計算を０−１２７ビツト
の全ての画像データについて行うと、像の位相差が零の
場合即ちビークｐ　、　Ｐ／７が一致した場合に相関の
値が極値になるとは限らない。従って、この装置では正
確な像の位相差を求めることは困難である。又、合Ｌｆ
＃度を考慮してイメージセンサ−の素子のピッチを小さ
くしたシ、演算速度を考慮してイメージセンサ−の素子
の数を少なくしたりすると、イメージセンサ−のカバー
範囲が狭く々って視野中の限られた狭い部分に合焦対象
物を持ってこなければならなくなるという面倒があり、
一方イメージセンサーのカバー範囲を広くすると素子の
数が多くなって演算時間が長くなるという問題もあった
。

本発明は、上記問題点に鑑み、視野全体をカバーする光
電変換装置を用いると共に、該光電変換装置の一部の素
子の光電出力信号を用いて相対位置関係を検出するよう
にして、検出精度及び検出速度の大巾な向上を実現した
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３図乃至第１５図に示した一実施例に基づきこれを説
明すれば、第３図は本実施例に用いられる瞳分割法の原
理を示してお、Ｄ、（、）において、６は結像レンズ、
７は結像レンズ６の前側で瞳の近傍に配設された開ロア
ａを有する遮光板、８は像面であシ、合焦時には像面８
上に像Ｑが結像されるが、非合焦時には前ビン、後ビン
に対応して像。に関して各々光軸０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８上に
形成される。（ｂ）は遮光板７の開ロアａを光軸０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８上に像Ｑ′が結像されるが、非合焦時には各々前
ビン。

後ビンに対応してボケた像Ｑ＋’＋　Ｑ２’が像面８上
に形成される。従って、趣光板７の開ロアａを例えば（
ａ）の位置から（ｂ）の位置へ移動さぜると、合焦時に
は像Ｑ及びｑが同じ位置にあって移動しないが、前ピン
の場合には像はＱｌがら。１′の位置へ移動し、また後
ビンの場合にはＱ２がらＱ２’の位１ｇへ移動する。そ
して、８の像面上にいわゆるイメージセンサ−を設ける
ことにより像の状態を測定できる。

以上のことから、前ピン、後ビンの判別が可能となると
共に、その時の非合焦の量を像の移動方向及び量（すな
わち位相差）から知ることができる。

第４図は上記原理を顕微鏡に用いた場合の実施例の全体
図であり、５１は光源、５２はコンデンサーレンズであ
る。５３はステージで、この上に標本をのせて観察を行
なう。５４は対物レンズ、５５は焦点検出系へ光を導く
ビームスプリッタ−１５６は接眼レンズに光の一部を導
くプリズム、５７は接眼レンズである。５８は写真用接
眼レンズ、５９はフィルムである。ここ１では、普通の
顕微悦と例ら異なるところは無い光学系である。６０は
ビームスプリッタ−５５からの光を検出光学系ニ導くリ
レーレンズ、６１は瞳をつくるレンズ、６２はレンズ６
１によってつくられた瞳の位置におかれる瞳分割器であ
る。６３は結像レンズで、これを通る光をフィルター６
４を介してイメージセンサ−６５上に結像させる。６６
は瞳分割器駆動回路、６７はステージ駆動回路であり、
それぞれマイクロコンピュータ７０によって制御される
。

６８はイメージセンサ−駆動回路、６９はイメージセン
サ−６５からの画像データをマイクロコンピュータ７０
に入力するインターフェイス回路である。７１は自動焦
点動作を行ｒ４つたシ、合焦表示や不可能表示を行なう
コンソールである。相関の演算や合焦の判定等は全てマ
イクロコンピュータ７０が行ガつでいる。相関の演算は
最近開発され市場例出ている計算専用ＬＳＩを用いると
良い。

次に各部分の動作について詳述する。第５図は二つの像
を形成する為に１１屯を通る光束を分割する瞳分割器の
具体的な二つの例を示しており、（ａ）はガラス基板に
遮光部分（斜線部）を設は且つ軸Ｏを中心に回転させる
ことにより瞳９を半分ずつ交互に開閉するようにしたも
のであり、（ｂ）は開口部１０を有した扇形のもので軸
Ｏを中心に左右に回転させることにより瞳９を半分ずつ
交互に開閉するようになっている。（ａ）の場合は、Ｄ
Ｃモニタ等によって回転させつつ回転する１翰分割器に
よる同期信号に応じてイメージセンサ−で撮像する方法
に適しでいる。（ｂ）はマイクロコンピュータ等の制御
装置に従って瞳分割器を動かしながらそれと同期してイ
メージセンサ−で撮像する方法に適している。かくして
、以上の様な瞳分割器によって第３図における（ａ）　
、　（ｂ）の状態を作り出し、その（ａ）。

（ｂ）の状態それぞれの場合の画像データをイメージセ
ンサ−によって得ることが可能となる。

又、一般に合焦の対象となる被写体や標本は視野の中心
にあるとは限らないので、イメージセンサ−は視野の中
心だけでなくなるべく広範囲にわたっていることが望ま
しい。しかし、視野全体をカノクーシようとするとイメ
ージセンサ−の素子数を増やす必要がある。これは合焦
精度を一定に保つためには素子のピンチをある程度の大
きさにしなければならないところからくる。

この点について以下説明す“る。第６図は二つの像の位
相差量とデフォーカス量との関係を示す図である。こ＼
では、説明を簡単にする為に点像を考える。１３は光学
系の光軸であり、後側聞口数がＮ　Ａ’の光学系によっ
て点像１１が形成されているとする。今デフォーカス量
δｄの位置にイメージセンサ−１２があるとすると、二
つの像１１Ａ。

ｌＩＢは５ｐだけ位相差をもって形成されるから、δｄ
とＳｐの関係はＳｐ δｄ＝　−（１）ＮＡ’ となる。今１０×の対物レンズを用いた場合の合焦精度
を考える。ｌｏ×対物レンズのＮＡを０．４０とすると
Ｎ　Ａ’は０．０４となり、（１）式からδｄ＝２５８
ｐ　　　　　　　　　　　　　（２）が導かれる。一方
、１ｏ×対物レンズの焦点深度ｔは ε ｔ　＝　−（３）ＮＡ〆で表わされる（εは最小錯乱円で′ある）から、ε＝０
．０５ｍｍ（２０本／■の分解能に相当）とすれば、ｔ＝１．２５訓　　　　　　　　　　　（４）となる。

この焦点深度以内の合焦検出精度が必要であるから、として δｄ＝０．６２５胸　　　　　　　　　　　　　　（６
）よって５ｐ＝２６μｍ（７）となる。この程度の像の位相差量を精度良く求めるにけ
、イメージセンサ−１２のダイオードプレイのピッチか
やはり２５μｍ程度である必要がある。

以上の様に合焦精度の要求からイメージセンサ−１２の
ピッチが決定される。この場合板に１２８個のダイオー
ドアレイを有するイメージセンサ−を用いたとすると、
イメージセンサ−がカッ々−する範囲は１２８　Ｘ　Ｏ
，０２５＝３．２晒とかシ、これは視野数２１（視野が
直径２１　ｗｍ　）に比べて非常に小さく、合焦の対象
となる被写体をイメージセンサ−の位置（一般的には中
心）に移動させて合焦を行う必要が生じる。

第７図は本実施例に使用したイメージセンサ−とそこに
おける処理方法を示したものである。本実施例は５１２
個の７オトダイオードアレイを有するイメージセンサ−
を使用しているが、このイメージセンサ−によると５１
２Ｘ０．０２５＝１２．８簡となり、視野のかなりの部
分をカバーすることができる。しかし全てのビット（ダ
イオードアレイ）を用いて相関演算すると非常に演算時
間が長くなるし、意味も無い。そこで５１２ビツトを１
２８ビツトの五つのブロックａ　−ｄに分け、その内設
もコントラストの高いブロックで相関の演算を行なう。

ここで、コントラスト計算方法の一例について説明する
。一般にコントラスト評価の評価関数としては５ｒ（ｘ
）をセンサーのＸビット目の出力とじた場合Ｃ−Σ＋　ｒ（ｘ）−ｆ　（ｘ＋１　）　１又は、０−Σ（ｆ（Ｘ）−ｆ（Ｘ＋１））” となることが知られている。本実施例の場合、コントラ
ストの変化を精度良く知る必要のあるコントラストック間の相対的コントラスト強度を知れば良いから、必
ずしも瞬シのビットの差を計算する必要はない。例えばＣ−Σ’ｌ　ｆ（ｘ）−　ｆ　（　ｘ＋５　）　ｌとす
る（Σ′はＸを４つおきに計算するという意味である　
）と、例えばＡブロックの計算はｘ＝６４＝＝＋　ｒ（ｓ４）−ｒ（６９）　＋＋・−・・・・＋
＋　ｆ　（１８４）−ｆ（１８８）　１となり、差の絶
対値を３１回計算しながら加算すれば良いことになる。

従来の計算法なら１２１回必要となる。

尚、ここで５ピツト・隣・りの値との差の絶対値を４ビ
ツトおきに計算しているのは、ただ単に隣シの値の差の
絶対値を４ビツトおきに計算するよシもコントラストの
感度を良くするためである。

この点に関し、例えば第８図に示したイメージセンサ−
上の光の強度分布ｔに基づき比較計算を行ってみると、
本実施例の場合は０＝ｌ　ｆ　（６４）−ｆ（６９）　＋＋ｌｆ（６８）
−ｆ．（７３）　１＝１　１３−３０１＋１２５−６０
１＝５２となるのに対し、従来の場合はｃ＝＋　ｆ（６４）−ｆ（６５）＋＋＋Ｂ６８）−ｆ（
６９）＋＝１１３ー１４１＋１２５ー３０１＝６となることから、本実施例の方が従来の場合よシコント
ラスト感度が良くなっている。

更に、計算量を少なくする為にＸビット隣りの値との差
を求め、これをＸビットおきに計算する場合は，Ｘ＞Ｙ
が好ましい。本実施例はＸ＝５＞４＝Ｙである。

なお、上記関数ｆに用いるデータは画像データＡ，Ｂの
どちらか一方で良い。

かくして、以上の様な方法でブロックａ，ｂ。

・・・−・・、ｅのコントラストを計算してその内の一
番コントラストの良いものを選ぶが、ここで第７図から
明らかなようにブロックａとｂが１２８〜１９２ビツト
で沖なっているので、無駄なオを算をしないように６４
〜１２８ビツト、１２８〜１９２ビツト、１９２〜２５
６ビツトのコントラストを各々計算し、ブロックａのコ
ントラストは６４〜１２８ビツトと１２８〜１９２ビツ
トのコントラストの和、ブロックｂのコントラストは１
２８〜１９２ビツトと１９２〜２５６ビツトのコントラ
ストの和としても良い。尚、ブロックａ　、　ｂ　、　
ｃ。

ｄ、ｅが各々の半分ずつ重なり合っているのは、ブロッ
クの境界に画像強度変化の著しい部分がある場合でもそ
の変化を含んだブロックを設定できるようにする為であ
る。例えばブロックａ、ｃの境界すなわち１９２ビット
近辺に画像強度変化の著しい部分があった場合、ブロッ
クａあるいはブロックＣでは情報を全て使うことは出来
々いが、ブロックｂが設定されていれば情報の全てがブ
ロックｂに含まれることになり都合が良い。コントラス
トを求める演算は相関の演算に比べて非常に短時間で済
むので、本実施例の演算時間は１２８ビツトだけの相関
演算時間＋α程度の時間で済む。

又、両側のそれぞれ６４ビツトにブロックを設定してい
ないのは、像をずらして相関を計算する場合に第２図で
述べたことが起こらないようにする為である。

以上のように処理を行なえば、必ずしも合焦させるべき
被写体や標本が視野の中心になくとも被写体のある部分
（ブロック）が自動的に選ばれて焦点検出が行われる。

以上のことは特に固定的なブロックを定めておく必要は
なく、視野の大部分をカッ々−するように配設されたイ
メージセンサ−の数多くのフォトダイオードアレイの中
から、相関演算に必要なフォトダイオードアレイを含ん
だ部分をコントラスト等で選べば良い。まだ観察用の視
野中にマーク等を設は手動で設定するようにしても良い
。この様にすると視野中に立体的な標本があっても、あ
るいはゴミがあっても、使用者の合わせたい被写体に焦
点を合わせることができる。

次に、全体の動作について説明する。まず、第４図のイ
メージセンサ−６５からの二つの画像データＡ及びＢは
インターフェイス６９全通してマイクロコンピュータ７
０のメモリに格納される。

そして、五つのブロックの内殻もコントラストの高いブ
ロックが選択され、そのブロックの画像データによって
相関が演算される。仮に第７図のブロックａを選択した
として話を進める。

相関演算はメモリに格納された二つの画像に対応する画
像データＡとＩＩｆ！ｌ像データＢとを相対的に１ピツ
トずつずらしながら計算し、何ビット分ずらしたら画像
が重なるたかを判定して像の位相差量を求める。相関の
式は、例えばとなり、ＡＢＳは絶対値を表わし、関数ｔ　Ａ（ｘ）ｒ
　ｆ　Ｂ（ｘ）は夫々画像データＡ、ＢＯＸビット目の
値を表わしている。そして、−組の関数ｆ　Ａ、　＋　
ｆ　Ｂ　　についてδを変えていってＲ（δ）が最小と
なる時のδ即ちδｌを位相差としている。又、この例で
は一６４≦δ≦６４としている。このδの範囲は合焦点
近くでは狭くすることができるので、演算時間の短縮と
なる。

実際のδの値はイメージセンサ−の１ビツトごとの値し
かとらないので、さらに精度良く検ｔＢする為には相関
の離数的な値をカーブフイテイング等で近似して１ピツ
ト以下の精度で像の位相差を求める（第９図）。あるい
は几（δ）が最小の１寺のδ即ちδ′とその前後の三点
’＋ｐ＋Ｑを用いて二次曲線近似を行うことによって求
めることもできる（第１０図）。

以上の結果、視野の多くの部分をカッ々−し且つ合焦の
精度を維持しガから、演算時間をほとんど増加させない
で済む。

上記の例ではδが−６４〜６４の範囲にあシ、この範囲
のデフォーカス量は（６）式から０ｆ３２５’１８←４
輌となり、対物側では４０／１０”　＝０．４＝４００
μｍであるからデフォーカス量が±４００μｍとなる。

これ以上の広い範囲のデフォーカス量を検出範囲に入れ
ようとする場合、δの範囲を増やすことが考えら゛れる
が、これは計算量が増大し好ましくない。

またその様にデフォーカス量が大きい場合に上す己の様
な精度の高い計算をしても意味が無（へ。

そこで、本実施例では画像データとして取込んだデータ
の内の数ビットごとのデータを用いてコントラストや相
関の往１算を実行している。具体的には５ビツトおきに
データを用いるとすると、画像メモリ中のデータｆ（０
）、　ｆ（１）、　ｆ（２）、・・・ｆ　（５１０）　
、　ｆ　（５１１）の内のｆ（０）、　ｆ（５）、　ｆ
（１０）、・・・ｆ（５０５）、ｒ（ｓｌｏ）が使用す
るデータになると考えれば良い。実際には計算の際に５
ビツトおきのデータを用いるに過ぎない。例えば（８）
式は６４鎮δトΣＩｆ　（９６＋４ｎ）−ｆ　（９６＋４ｎ＋δ
）＋　　　（９）ｎ：ＯＡＢの様になる。この場合は、デフォーカス量が大きく像も
ぼやけて低周波成分しかないから、ブロック分けは行な
っていない。この場合のδの変化量も５つおきに計算す
るから、δの範囲を例えば−２００≦δ≦２００　とし
た場合でも相関計算の回数は８１回となシ少なくて済む
。検出範囲は±１．２５■と々る。

以上の様に、画像データを数ビットおきに用いることに
より計算量を増やすことなく検出範囲を広げられる。こ
の様にデフォーカス量の大きい時は数ビットごとの計算
により焦点位置の近くに合わせ、その後に前述の鞘度を
考えた計算を行なうと、合焦可能範囲が広く且つ合焦鞘
度の良い自動焦点検出を行なうことが出来る。

さらにデフォーカス量が大きい場合には、画像データか
らコントラスト（計算量が少なくて済む）だけを計算し
つつステージを移動し、コントラストが一定の値になっ
てから相関による焦点合わせを行なうようにすると良い
。丑たこれは、コントラストが一定以ヒないと相関計算
が誤った像位相を計算する恐れもあるので、それより低
いコントラストの場合は計算しないなどの判断に用いて
もよい。

尚、カメラ等対物光学系を移動して焦点合わせを行なう
装置の場合は、光学系を駆動するのは言う壕でもない。

上記の実施例の場合、瞳を通る光束を分割して二つの像
を得るので、光学系の偏芯や瞳の偏芯等で画像データＡ
とＢの光量が異々る場合がある。

特に合焦系をアタッチメント形式にすると影響が出やす
い。捷だ瞳位置にｌｌｉ分割器が無い場合には、第１１
図のように画像データＡとＢで光量にむらが出来る。第
１２図は光量むらを模式的に説明する図である。（ａ）
の場合、瞳と瞳分割器が一致しているから各像高”＋’
＋ｊに対して瞳を通過する光量は全てａに等じい。（ｂ
）の場合、瞳と瞳分割器が一致していないから、谷像高
ｈｒ　’　＊　Ｊに対して瞳を通過する光量はそれぞれ
す、ａ、ｃとなって不均一となり、光量むらが生じる。

以上のような光量差や光量むらがあると、画像データＡ
とＢの二つの像の相似性が悪化し、相関処理結果の精度
が著しく低下することになる。そこで補正が必要となる
。補正の−つの例は、イメージセンサ−の固定パターン
ノイズの除去によく用いられている方法で、あらかじめ
均一な光でイメージセンサ−を露光しその画像データを
得る。

入射光が均一であることによシ画像データは固定ノぐタ
ーンノイズそのものであるから、その逆数によって補正
係数をつくれば、その後画像データに補正係数をかける
ことによシ固定ノぐ夕゛−ンノイズの影響を除くことが
できる。本実施例の場合、合焦光学系を通した均一な光
で画像データＡ及びＢを得ると画像データＡとＢは偏芯
等によシ第１１図の様に光量むらのあるデータとなって
いる。従って、その逆数等によって補正係数をつくり同
様な処理を行なえば、光量むらの影響を除くことが出来
る。光量差がある場合もその光学系を通して同様な処理
を行なえば同様な効果を得ることができる。付随的には
イメージセンサ−の固定ノミターンノイズの除去にもな
る。均一光で露光する具体的方法としては、ステージ５
３上に試料をおかない状態での画像データを入力する方
法が簡単である。

以上のように１上記の補正には一度均一光によるデータ
入力を行なう必要がある。これはめんどうな操作ではな
いが、それでも補正用のデータ入力を行ないたく々（へ
場合は計算によって補正することも出来る。第１３図は
それを説明する図で、Ｘ軸をセンサーアレイの並び方向
にｙ軸を画像データの強度の方向に夫々とっである。画
像データＡ、Ｂの値は、第１２図の説明でもわかる通シ
ある一定の傾きをもつ直線と考えることが出来る。

それぞれを１．１　　とする。画像データＺＡの傾Ｂきをβいとすると、ｉｌ！ＩＩ像データｔＡＯ式は、Ｉ
ＡをｔＡの光量の平均として、ｙ＝βＡＸ＋工Ａとガる。ここで傾きβいは光量によ、つて変化するが、
から求めることが出来る。鉦はその光学系の特性により
決捷るもので、あらかじめ測定しておけば良い。画像デ
ータＡ、Ｂの光量の平均を■ａｔｔとすると、補正係数
αはとカリ、これによって光量差の補正及び光量むらの補正
ができる。

以上の様に、均一光を用いたりあるいはに１゛算するこ
とで、光学系の偏芯あるいは瞳の偏芯の影響や瞳と瞳分
割器が一致していない影響を補正し除去することが出来
る。その結果、合焦の精度が向上し、検出範囲も拡がる
。更には合焦検出部もアタッチメント形式にしても使用
出来る。最も大きな効果としては、１１偵位置の異々る
各棟各倍率の対物レンズが使用出来ることである。

また、顕微鏡のように多くの種類の対物レンズを用いる
とそれぞれの対物レンズにより　ＩＲｎ位置が違うので
、瞳分割器を瞳位置に全ての対物レンズについて正しく
設置することが難しい。この不具合の解決法の一つとし
て瞳分割器を複数個設けることが考えられる。複数の瞳
分割器をそれぞれの対物レンズの瞳位置に設けることに
ょシ瞳と瞳分割器とを一致させる。一つの＋Ｉｉ分割器
を使用している場合、他の瞳分割器が瞳をけらないよう
に構成されているのは言うまでもな、い。例えば第１４
図のように第５図と同じ瞳分割器を二枚連結したものを
用いてもよい。

第４図において、フィルター６４は赤外カットフィルタ
ー或いはバンド、々スフイルターであって、イメージセ
ンサ−及び光量５１等の分光感度１分光分イＤが比想感
度と異なるので、そのことによる焦点ずれの現象を防ぐ
役目をする。

以上のような自動焦点装置の制御、演算処理を行う場合
、マイクロコンピュータ及び演算処理ユニットによる方
法が最も設計容易で安価である。

これについて、第１５図のフローチャートで説明を補足
する。これは最も基本的な場合を示している。合焦が開
始されると、まず顕微鏡の状態が合焦動作に適した状態
になっているかをチェックし、対物の種類２倍率を判別
する。これは、光量むら補正の場合対物の種類及び倍率
によってノクラメータ、が異なシ、像位相差量をステー
ジ移動量に変換する変換の係数も倍率によって違うから
である（（１）式参照）。次に、イメージセンサ−から
へ及びｆＢのデータを得てメモリに格納する。その後、
光量むらを補正し、再びメモリに格納する。合焦開始時
は焦点が大きくずれていることがあるので、５ビツトお
きの相関演算でおおよその焦点位置を決定する（（９）
式参照）。そして、相関にょシ求めた像位相差量をステ
ージ移動量に変換しステージを移動する。そこで再びｆ
Ａ、ｆＢのデータを得、補正を行なう。次にコントラス
ト評価によりブロックを決定する。コント２ストが一定
値以上なければ相関による結果の信頼性が少々いので、
もう一度５ビット相関を行ないステージを焦点位置に近
づける。数回性なってもコントラストが上がらない場合
は試料のコントラストが低すぎるので不可能表示を行な
う。コントラ公トが一定以上あれば、決定されたブロッ
クで相関を計算し、ステージを移動して合焦する。合焦
の確認としてもう一度、ｆＡ、ｆＢを得、相関を計算す
る。ここで像位相差量が焦点深度内の値であれば合焦で
あシ、ステージを移動しない。もし焦点深度外であれば
もう一度同じ動作を繰シ返す。

以上は最も基本的な動作を説明したもので、実際のプロ
グ、ラム圀は試料が無かった場合とが機械が故障した場
合のフェイル・セイ７等も考慮されている。

また５ビツト相関から１ビツト相関に移る場合の判定に
像位相差景を用いてもよい。前例の場合−２００≦δ≦
２００の範囲を５つおきに計算しているが、相関Ｒ（δ
）が最小値をとるδが一２００≦δ′≦２００表らばそ
の分ステージを移動した後に１ビツト相関に移る。この
場合判定粂件を一１８０≦δ′≦１８０のように計算し
たδの範囲により小さめに設定するほうがよい。これは
デフォーカス駿が大きい場合には雑音等で誤って最小値
をとるδを決定するととがあるからである。

第１６図は第二実施例として中央処理装置以外をハード
ウェアで構成した例の制御・演算回路を示している。こ
れについて説明すれば、まずコンソール７１からの合焦
開始信号によシ瞳分割器駆動Ｉｏ回路６６が働き画像デ
ータＡをイメージセンサ−６５により得る。イメージセ
ンサ−６５は瞳分割器６２と同期してセンサー駆動回路
６８により撮像を開始する。この時、蓄積型イメージセ
ンサ−の場合は（一般に固体撮像素子はこの型）、−庇
取前に蓄積された信号を消去する為にカラ読み出しを行
なう。イメージセンサ−６５から連続して読み出される
画像データ人はサンプルホールド回路３１．Ａ、／Ｄコ
ンバータ３２．スイッチ回路３３を通って第一メモリ３
４に記憶される。そして、図示していないメモリにあら
かじめ記１．ハされている補正係数データによって画像
データＡは補正されて再び第一メモリ３４に記憶される
。補正係数データはあらかじめ均一光を入射して画像セ
ンナ−で撮像した前述の画像データの逆数にその時の画
像データＡ、Ｂの平均値を掛けたものである。５１２ビ
ツトのイメージセンサ−の場合を考える。画像データＡ
、Ｂは両方台わせると０〜１０２３ビツトまで合計１０
２４個となる。画像データＡは０〜５１１ビツト、画像
データＢは・１５１２〜１０２３ビツトとする。試料が
無い状態での均一光で得た画像データのｎビット目の値
をＸｎとすると、ｎビットの補正係数ｋｎは０２３ ΣＸと々る。

次に、画像データＡが第一メモリ３４−に格納されると
、瞳分割器６２は画像データＢを取る状態になり画像デ
ータＢけ画像データＡと同様にして。

第二メモリ３５に補正されて格納される。第一メモリ３
４に格納されたデータは第７図に示したブロックごとに
コントラスト判別器３６に送られ、コントラストの高さ
により用いるべきブロックが決定される。ブロックｂの
コントラストが最も高い場合にはアドレス指定回路３７
に１２８が与えられる。アドレスシフト回路３８には初
期値−３２が入っており、アドレス指定回路３７が第一
メモリ３４の１２８を指定すると、アドレスシフト回路
３８は第二メモリ３５の９６を指定する。そして画像デ
ータｆＡ（１２８）とｆＢ（９６）が減算器３９に入力
され、絶対値回路４０を経てｌ　ｆＡ（１２８）−ｆＢ
（９６）　１の演算が行なわれる。そして、加算器４１
を経てメモリ４２に格納される。以上が終ると、アドレ
ス指定回路３７はメモリ３４の１２９を指定し、アドレ
スシフト回路３８はメモリ３５の９７を指定し、以後同
様に演算され＋　ｆＡ（ｔ２９）−ｒＢ（９７）　＋　
　は加算器４１によって前のデータ＋　ｆＡ（１２ｇ）
−ｒＢ（９６）　＋に加えられてメモリ４２に格納され
る。以後拾−メモリ３４のアドレス２５５まで繰り返さ
れ、相が完了する。この計算が完了すると、アドレスシ
フト回路３８の値は−３１になり、が計算される。そして、これはアドレスシフト回路３８
の値が３１になるまで続き、全体の相関演算が行々われる。続いて中央処理装置４３によシフモリ４
２内のＲ（δ）を比較し、几（δ）が最小となるδを見
つけて像の位相差量とする。それに従ってステージ駆動
回路６７を駆動しピントを合わせる。

尚、デフォーカス量が犬きく一３２≦δ≦３１　　の位
相差量では不足な場合は、アドレス指定回路３７は第一
メモリ３４の１２８ｉ指定し且つアドレスシフト回路３
８の初期値は−６４となる。そして、それぞれの相関計
算が終るごとに２ずつ増え、Ｒ（−６４）＝Ｉ情（１２
８）−ｔ　８（１２８−６４）＋十げＡ、（１３０）−
ｆＢ（１３０−６４）ｌ＋−・・・・・−−・・・・＋
ｌ　ｆＡ（３８２）−ｆＢ（３Ｂ２−６４）　１Ｒ（−
６２）−・・・−・・ｎ（６０）＝・・・・・・・・という計算が行なわれる。これは画像データを１ビツト
おきに用いたことに相当し、同じ計算量で像位相差の検
出範囲が二倍になっている。但し合焦精度は１／２にな
る。

以上のように像位相差を計算しステージ駆動回路６７を
駆動してピントを合わせるが、ピントを正確に合わせる
為上記動作を数回繰り返しても良い。尚、コンソール７
１では合焦開始や合焦表示を行なう。

上述の如く、本発明による自動焦点検出装置は、視野全
体をカバーするイメージセンサーを用いると共に、該イ
メージセンサ−で得た画像データの一部だけを用いて相
関演算を行っているので、検出精度及び検出速度が大巾
に向上する。

尚、本発明は、二つのイメージセンサ−を用いた自動焦
点検出装置にも適用し得るのは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第】図は従来の自動焦点検出装置の要部回路を示す図、
第２図は上記従来例のシフトレジスタに記憶される画像
で一部の一例を示す図、第３図は本発明による自動焦点
検出装置の一実施例に用いられる瞳分割法の原理を示す
図、第４図は上記実施例の全体図、第５図は上記実施例
に用いられる１閘分割器の具体例を示す正面図、第６図
は二つの像の位相差禁とデフォーカス量との関係を示す
図、第７図は上記実施例のイメージセンサ−とそこにお
ける処理方法を示す図、第８図はイメージセンサ−上の
光の強度分布の一例を示す図、第９図及び第１０図は合
焦点付近における精度の良い位相差計算法を示す図、第
１１図は上記実施例における画像データの光量むらを示
す図、第１２図は光量むらを模式的に説明する図、第１
３図は光量むらの補正方法を示す図、第１４図は他の瞳
分割器の斜視図、第１５図は上記実施例のコンピュータ
による制御及び演算処理方法を示すフローチャート、第
１６図は他の実施例の制御・演算回路を示す図である。５１・・・光源、５２−・コンデンサーレンズ、５３・
・・ステージ、５４・・・対物レンズ、５５−・・ビー
ムスプリッタ−１５６・・・プリズム、５７・・・接眼
レンズ、５８−・・写真用接眼レンズ、５９・−・フィ
ルム、６０−・ＩＪＬ／−Ｖ７ズ、６１−・・レンズ、
６２・・・ｌ槓分害り器、６吐・・結像レンズ、６４・
・・フィルター、６５・・・イメージセンサ−１６６・
・・瞳分割器Ｉ１１ス動回路、６７・・・ステージ駆動
回路、６８・・・イメージセンサ−駆動回路、６９・・
・インターフェイス回路、７０・・・マイクロコンピュ
ータ、７１・・・−ｚ　ｙ　７−　／ｌ／。代理人　　篠　原　泰　司Ｊｉシ゛１“、・（Ｇ茹１１図　　　　　第２図３′３図３′９図　　　　第１０図Ｒ（Ｘ）！第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

異なる光路を通って形成された二つの像を多数の素子を
配列して成る光電変換装置により個別に光電出力信号に
変換し、該光電出力信号に基づいて二つの像の相対位置
関係を検出することによυ合焦検出を行うようにした自
動焦点検出装置において、視野全体をカッ々−する光電
変換装置を用い°ると共に、該光電変換装置の一部の素
子の光電出力信号を用いて相対位置関係を検出するよう
にしたことを特徴とする自動焦点検出装置。