JPS597321A - 高精度なピントずれ検出装置 - Google Patents

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】 本発明は、高精度なピントずれ噴出装置に関し、光学顕
微鏡、カメラ等の自動合焦装置として用いるに最適なも
のである。

従来、例えば、特開昭５６−７４２０８号で開示されて
いる如き自動焦点検出装置が知られ１いる。このものは
、イメージセンサによる標本濠の映９信号を得、該映儂
信号からコントラストに応じ次犬へさのエツジ信号（高
周波成分）を得、該エツジ信号を積分してピントずれに
応じた信号を得ていた。

このような装（滲では、イメージセンサの受光面にピン
トが合ってくる（ピントずれが零に近づいてくる）につ
れて、上述のエッジ１目号のピーク値は次第に大きく、
幅は次第に狭い信号げなってくる。そして、一般的な傾
向としてはエツジ信号を積分する積分回路の出力（Ｓ号
は、ピントの合った位置に向かって上昇し、ピントの合
った位置で最大頭金とるが、樟本によっては、ピントの
合った位置で若干減少を示すような場合が生じ、合焦梢
度分悪くする原因となる虞れがあった。また、受光面上
のコントラ−ストが小さく、例えば１ｌｌｌｌｉ淡の境
界が１つの如き場合には、積分回路による積分量が少な
いためにＳ／Ｎが悪く、ピントずれ信号が得られないと
いう問題点もあった。

本発明の目的は、どのような対象物に対しても高精度に
ピントずれ信号を得ることのできるピントずれ検出装ｆ
ｅ提供することにあるＯ 以下、図面に示した実施例に基づいて本発明ｆｃ説明す
るっ 第１図は、本発明のピントずれ量の検出装置〆ｔを、げ
１微鏡の自動′合焦装置に応用した場合の第１実施例、
第２図はｆＪ１図のタイミング％ｌｆｆ及び抽出関数発
生回路の詳細ブロック図、第３図は第１図、第２図の動
作を説明するためのタイミングチャートである。

ステージ１上の標本２は、対物レンズ３、ハーフミラ−
４を介して光源５によシ落射照明される。標本２の像は
、対物レンズ３を光軸方向へ移動せしめることにより図
示なき焦点板、フィルム而等に結像させることができる
。ハーフミラ−４の透過光は、光路分割プリズム６によ
って紙面内で２光路に分割された後、該各々の光路中に
脣たがって配設されたイメージセンサ８上に入光する。

イメージセンサ８の受光面の左半分は焦点板、フィルム
而等の配設される面と等価な基準面Ｓの後ろ側に、イメ
ージセンサ８の受光面の右半分は、上述の如き而Ｓの前
側に々る如く、イメージセンサ８の位置が詞整されてい
る。イメージセンサ８の左半分からの光電変換イＭ号け
いわゆる後ビン信号に、右半分からの光電変換信号Ｖよ
いわゆる前ピン信号に相当する。光路分割プリズム６と
イメージセンサ８の受光面の右半分との間には負レンズ
７が挿入されており、イメージセンサ８上の左半分と右
半分で像の大きさを一致させる働きを成している。イメ
ージセンサ８の左半分と右半分とで像の大きさを一定に
するためには、負レンズ７の代わりに、両光路がテレセ
ントリック系になる如く光学系を構成しても良い。

イメージセンサ８は周知の知く、スタートパルス発生器
９とパルス発生回路１０とによって駆動される。すなわ
ち、イメージセンサ８はスタートパルス発生器９からの
スタートパルスに引き続いて入力されるパルス発生回路
１０からのパルスによって各エレメントが順次駆動され
、このパルスに同期した映倫信号を時系列に出力してい
く。増幅器１１は、イメージセンサ８からの映倫信号を
増幅してサンプルホールド回路１２に人力せしめる。

サンプルボールド回路１２は図示してｅＪいないが、パ
ルス発生回路１０からのパルスに基づいて順次増幅器１
１からの映像（ｉ＜号音サンプルホールドする。サンプ
ルホールド回路１２の出力信号は微分回路１３に入力さ
れる。

微分回路１３の微分１ｄりは絶対ｆｉｌＩ回路１４にて
極性金揃えられ、コントラストに応じ良信号となる。絶
対値回路１４の出力信号は掛算器１５の一方の入力端子
に入力される。掛算器１５の能力の入力端子には抽出関
数発生回路１６からの抽出関数が人力される。掛算器１
５は両入力端子の信号を掛は合わせて積分器１７と包絡
線化ＩＣ！回路２０に人力せしめる。

積分器１Ｔは、タイミング装置１８からの信号に基づい
て、イメージなンサ８かもの信号のうち受）を面上の左
１６分から１ｊ）られる信号、すなわち侵ピン信号に相
当した掛算器１５からの信号と、右半分から得られる１
才号、ｔなわち前ピン信号に（目当した掛算器１５から
の信号と全開１ｊ−に構分してサンプルホールド回路１
９に入力せしめる。サンプルホールド回路１９は、タイ
ミング装涙１日からの１４号に基づいて、ｉ１分器１７
の漬方信号を１麦ビン信号と前ピン信号とで交互にサン
プルホールドする。一方、包路線化回路２００出力ずオ
号は、積分器２１に入力され、積分される。・膚分器２
１は、タイミング装置１８からの１ｄ号に基づいて、イ
メージせンサ８からの信号のうち受光面上の左半分から
得られる信号に（（１当した包絡線化回路２０の出力信
号と、右半分から得られる信号に相当１．た包絡に９化
回路２０の出力信号とを交互に１分する。サンプルホー
ルド回路１９の出力１３号と積分器２１の出力１ｄ号と
はｉｎ　’Ｈ器２２にてみり算が行なわれるっこの際、
割算器２２におりる割算は、サンプルホールド回路１９
の出力信号が分母になるように行なわれる。割〆器２２
の出力信号はコントラスト信号、儂面輝度に対するゲイ
ンコントロールが行なわれた信号である。すなわち、こ
のようなゲインコントロールによれば、積分値がピント
の合った位置で若干減少金示すような場合には、ピント
の合った位置での信号は特に強調され、合焦精度が良く
なるつ割ｎ器２２の出力信号は、第１サンプルホールド
回路２３と第２サンプルホールド回路２４に入力される
。第１サンプルホールド回路２３はイメージセンサ８の
左半分からの信号）■、鴎２サンプルホールド回路２４
はイメージセンサ８の右半分からの信号）目であって、
タイミング装置１８からのサンプル信号によって各々の
信号が振り分けて人力される如く成っている。＠ｆ、　
ｌサンプルホールド回路２３、第２サンプルホールド回
路２４の出力信号は各々加算器２５に人力されると共に
、第１割算回路２６の一方の入力端子及び第２割算回路
２７の一方の入力婦子に入力されている。第１割算回路
２６、第２割算回路２７の他方の入力端子には加算器２
５の出力信号が入力されている。第１割算回路２６、第
２割算回路２７は、加Ｎ器２５からの加算信号を分母と
【７て割算を行なう。第１割禮回路２６、第２割算回路
２Ｔの出力信号は、従来技術で行なっている如くコント
ラストに対してゲインコントロールされた信号である。

差動増幅回路２Ｂは、第１割算回路２６、第２割界回路
２Ｔからの割算信号の差に対応した信号（ピントずれ鰻
に対応した信号である）をモータ制御回路２９へ入力せ
しめる。モータ制御回路２９け、ピントずれ緻が零にな
るようにモータＭを駆動し、対物レンズ３を光軸方向へ
移動せしめる。勿論、ステージ１′ｆｔ移動せしめても
良い。それによって自動合焦が可能となる。

タイミング装置１Ｂは、スタートパルス発生器９、タイ
ミングパルス発生回路１０、第１デジタルスイツチ３０
．８２デジタルスイツチ３１からの信号を入力し、抽出
関数発生回路１６、積分器１Ｔ、サンプルホールド回路
１９、積分器２１、第１サンプルホールド回路２３、第
２サンプルホールド回路２４にタイミング信号全人力し
、各々の動作期間全制御する。

タイミング装置ｔ１８は、第２図に示した如く、セレク
タ１８０、プリセッタブレカウンタ１８１、カウンタ１
８２、出力回路１８３を有している。プリセッタブルカ
ウンタ１８１、カウンタ１８２はスタートパルス発生器
９からのスタートパルスによってリセットされる。

プリセッタブルカウンタ１８１は、制御端子から入力さ
れるプリセット値を全計数可能値から引いた数（所定値
と称す）だけ、パルス発生回路１０からのパルスを計数
する。所定値の計数が終了すると、プリセッタブルカウ
ンタ１８１はキャリー信号音カウンタ１８２に出力する
とともに、キャリー信号によってゲートＧを介してリセ
ットされる。カウンタ１８２はキャリー信号を計数し、
該計数値を出力量［１８３に入力せしめる。出力回路１
８３は主として上記キャリー信号を番地指足信号とする
ｂｙ出し専用の記憶回路（ＲＯＭ）を有し、この記１１
２回路の所定番地からの信号によって積分器１７．サン
プルホールド回路１９、積分器２１、第１サンプルホー
ルド回路２３、第２ｔナンプルホールド回路２４、抽出
関数発生回路１６の変換装置１６０の作動タイミングが
制御される。

なお、変換装置１６０は、プリセッタブルカウンタ１８
１の計数値を出力回路１８３からイ１寸号が生じている
間のみ出力するゲートと、ゲートに接続され、上記計数
値を所定の１直に変換する例メーば読出し専用の記憶回
路を有し、変換装ｆｉ１６０から出力されるプリセッタ
ブルカウンタ１８１の引数値に対応【７たデジタル値は
Ｄ　／　Ａコンバーター１６１にてアナログ値に変換さ
れて、抽出関数発生回路１６から出力される。

このような構造であるから、スタートパルス発生器９か
らスタートパルス（第３図（ａ））が生ずると、パルス
発生回路１０から順次出力されるパルス（ＭＥ　３１１
　（ｂ）　）によって、イメージセンサ８の各エレメン
トが駆動され、イメージセンサ８からは、第３図（ｋ）
の如き各々のエレメントに入射゛した光の強さに応じた
信号が出力される１、この信号ｅま、」臂幅器１１にて
増幅された仮、サンプルホールド回路１２にて第ａ　Ｌ
８２Ｉ（／−）の１１＋、＋　＠信号となり、その後、
微分回路１３にて第３図（、ｎ）の如き信号とがり、絶
対値１す１路１４にて第３１ｋ（ｎ）の如き信号となる
。

一方、プリセッタブルカウンタ１８１、カウンタ１８２
ｒ、ｔ、スタートパルスによってリセットされる。出力
回路１８３は、カウンタ１８２の計数負零によってセレ
クタ１８０の端子Ａ′ｔｌ−選択する如く、セレクタ１
８０に選択信号を人力せしめる。いま、デジタルスイッ
チ３０．３１共に、負零が設＞Ｔｉされているとすると
、プリセッタブルカウンタ１８１は全ｈ１゛数可能値（
第３図の例では２２　・・第３図（ｂ）のパルス２２毎
にキャリー信号（第３図（Ｃ））が出る）を所足１直と
してｉ１数する。プリセッタブルカウンタ１８１は、全
耐数司能（直のパルスｆ、肘数するとカウンタ１８２に
キャリー信号全出力する（第３図（Ｃ））ので、カウン
タ１８２の計数値ｔま１となる。カウンタ１８２の６１
数１直が１となると、出力回路１８３は、４！３図（」
）の信号を変換回路１６０、積分器１７．２１に第３図
（１）の信号をサンプルホールド回路１９に、第３図（
ｈ）の信号Ｐ＋　’ｉｃ第１サンプルホールド回路２３
　Ｖ（入力せしめる。

ここで、出力回路１８３の信号の作成の仕方の一例を詳
述しておくと、第３図（ｈ）、　（ｉ）、　（ｊ）の信
号は、第３図（ｆ）の信号が基本となっている。すなわ
ち、前述の出力回路１８３に設は九記憶回路からの信号
によって矩形波発生回路が駆動され、カウンタ１８２の
計数値１で第３図（ｆ）の如き信号がこの発生回路から
出力される如く（、ぢ成し、第３図（ｆ）の信号を第３
図（ｂ）の１パルス分だけ遅延回路等で遅延させた１５
１号を＠３図（ｇ）のＭ号と成しｉた、第３図（ｇ）の
信号ｆｃ第３１ン１（ｂ）の１パルス引／とシフ）さら
に需延回路で背＋１１−させたイｇシ長紮べ′３３図（
ｊ・と成す。

また、第３１Ｚ（ｆ）の１６号の立ち下りで第３図（１
）の１４号を、第、３図（ｇ）゛の１図号の立ち下りで
第３〆ｌ　（ｈ）の信号を、夫々θν形整形回路にて作
成する如く形成されている。

従って、スタートパルスが時、ａｌｔ　ｔ　ｏで生じた
後１．刊３ド１（ｂ）のパルスが２２ｉ１’ｉｊ生ずる
と、（時刻ｔ１　）、プリセッタブルカウンタ１８１は
キャリー信号を１つ出力ｔ、　（第、３図ＣＣン）、出
力回路１８３け第３〆１（ｊ）の信号を出力する。

タイミング回路１８からの第３図（ｊ）の信号によって
、抽出関数発生回路１６け抽出関数を出力する。抽出関
数発生回路１６が第３図（ｊ）の信号と相似な信号全出
力するとすれば、掛豹器１５の出力信号は、第３閲（０
）の如く成る。

積分器１１の出力信号は第３図（０）の信号を積分した
第３図（ｐ）の如き信号となる。サンプルホールド回ｉ
ｌ＆１９は、第３図（１）の１図号（時刻（、で立ち上
がるンに−ｒ＠３図＜ｐ）の１図号をサンプルホールド
するのでその出力信号は第３図（ｑ）の如くになる。一
方、包絡線化回路２０の出力信−号は、第３図＜ｏ）の
信号の包絡線をとるので、その出力１ｇ号は第３図（ｒ
）の四１くになる。積分器２１は、第３図（ｒ）の信号
を積分するのでその出力信号は第３図（８）の如くにな
υ、４責分器１１の出力信号である第３図（ｐ）の１図
号より本十分大きな信号を得ることができる。

第１サンプルホールド回路２３は、時刻ｔ３にて割算器
２２の出力信号音サンプルホールドする。

プリセッタブルカウンタ１８１が再び全開数値２２を引
数し、カウンタ１８２にキャリー信号が入力されると、
カウンタ１８２は計数値２となる。＃［数値２では、出
力回路１８３はセレクタ２６の端子Ｂを選択する如き信
号をセレクタ２６に人力し、その奈の制Ｍｌ　１１号を
出力しない。その結果、セレクタ１８０はいずれの端子
も選択しない。このようにして、さらにカウンタ１８２
が計数１１ａ３になると、前述と同様に、出力回路１８
３から制御信号が出力され、各回路は時刻ｔ、〜ｔ４と
同様に制御される（時刻ｔ、に時刻ＥＩＱが、時刻ｔ、
に時刻ｔｔＯが、時刻ｔ３で時刻ｔ、ｏが、時刻ｔ４で
時刻ｔ４Ｑが対応する）０時刻ｔ。

〜ｔ４と外なる点は、時刻ｔ　ｓｏで生ずるサンプルパ
ルスＰ、が第２サンプルホールド回路２４に入力される
点である。

このようにして、第１サンプルボールド回路２３の出力
信号としてイメージセンサ８の左側の受光面上の像に対
応した信号が、第２サンプルホールド回路２４の出方信
号としてイメージセンサ８の右側の愛読面上の像に対応
した信号が得られることになる。

第１サンプルホールド回路２３の出方イｄ号と蛾２サン
プルホールド１ｏ回路２４の出方１ｄ号は、加算器２５
、割算回路２６．２７にょっつ正規化されて、差動増幅
器２８によってピントずれに対応した信号が求められる
。

カウンタ１８２の計数値が４となると、Ｐ）びスタート
パルスが生じることにより前述の動作が繰り返される。

ここで、デジタルスイッチ３０に値５（勿論、実際には
これに対応するデジタルＩｆ＋ｔ　）　ｋ設定［７たと
すると、プリセッタブルカウンタ１８１はスタートパル
スが生じた後、１７パルスでキャリー信号を出力するこ
とになる（第３図（ｄ））。すなわち、第３図（ｄ）に
示した如く、キャリー信号の列が５パルス分第３図（ｃ
）に対し左方へずれることになる１、従って、第３四（
ｆ）　、　（ｇ）　、　（ｈ）　、　（ｉ）　、　（ｊ
）の信号もそれぞれ左方へ５パルス分ずれるので、抽出
位置が変化するつすなわち、イメージセンサ８上での像
の選択部分を変化させることができる。

また、デジタルスイッチ３１に値５を設定したとすると
、プリセッタブルカウンタ１８１は、カウンタ１８２の
計数値が２と成った後、１７パルスでキャリー信号全出
力することになるので、キャリー信号の列は、第３図（
、）の如く２爵目のキャリー（Ｎ号と３爵目のキャリー
信号の間隔を狭めた形となろう すなわち、デジタルスイッチ３０．３１に適当なｆｉｇ
　ｆｃ段設定ることによって、抽出区間を一定にしたま
まで、抽出位置、を自由に調整でき、かつ調整が電気的
に行なえるので調整が容易に行なえる。

また、咄３図０）の抽出関数の代わりに、第４図（ａ３
．（ｂ）の如く、時刻によって大きさの載わるような関
数を発生する如＜Ｎり成しておけ汀、掛軸器１５の出力
（２４号を抽出区間の中央部を重視した信号と成すこと
ができるので、デジタルスイッチによる像抽出位（ｄの
調整が不完全であったり、調整の分解能が不足していた
シした場合に生ずる像抽出区間の端部における誤差成分
を減少せ【７めることかできる。

なお、以上説明【７た処よりわかる如く、上述の実施例
が従来装置と異なる点の１つは、イメージセンサ８から
の映像信号の高周波成分（エツジ（パ号）のピークレベ
ルを有効に取シ出す手段としての包絡線化回路２ｏを設
けた点である。このような包絡線化回路２ｏは、例えば
第５図（ａ）、（ｂ）の如きものを用いることができる
のであるが、このような回路を用いることによって、従
来、尚周波成分（エツジｉｄ号）・・・微分回路１３、
もしくは絶対値回路１４の出力信・号と【７て取り出し
たもの・・・・を積分回路で積分することにょシ、エツ
ジ信号の面積を求めることにより生じていた不都合を解
消したわけである。ピークレベルを有効に取り出す手段
としては、包絡線化回路２０の代わりにピークホールド
回路等、他の回路を用いることも可能である。また、絶
対値回路１４の出力に対し、それを積分する回路１９の
出力と、包絡線化回路２ｏの出方を積分する回路２１の
出方とを割算器２２に入力することにより、その出方、
すなわちピントずれに応じた信号が像のコントラスト、
明るさ等による影響がなく常に一定した信号が得られる
ようになった。

さらに、以−ヒの実施例では１つのイメージセンサをほ
ぼ中央で後ビン稽号用、前ビン信号用に別けたが、各々
のイば号を得るために、専用のイメージセンサを月１い
たものや、ピント位置にイメージセンサ（ＩＴ　ｉｉｊ
いたものにも同様に上述の包絡線化回路等のピークレベ
ルを有効に取り出す手段を用いることが有効である。

以上述べ念如く本発明によれば、イメージセンサからの
映像信号の高周波成分のピークレベル全有効に用いるこ
とにより大きなピントずれ信号を高精度に得ることがで
きるので、例えば自動焦点整合が高精度に行なえる。。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施１同を説明する図、第２図は
第１図のタイミング装置￥ｆｔ、と抽出関数発生回路、
第３図は第１図と第２図の動作を説明するためのタイミ
ングチャート、第４図図は第２実施例の包絡線化回路の
部分の図である。 〔主要部分の符号の説明〕 イメージセンサ・・・・・８ 回路手段　・・・・・・・・・・・・２０出願人　二　
日本光学工業株式会社 矛１図 Ｏｆ、１　　　　　　リ１ 、ｆ＝２図 ０５１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 イメージセンサからの映像信号からエツジ信号を作成し
   、該エツジ信号に基づいてピントずれに応じた信号金求
   める如く成したピントずれ検出装置において、 前記エツジ信号のピークレベルに応じた信号を出力する
   回路手段を設け、該回路手段の出力信号に基づいて前記
   ピントずれに応じた信号を求めることを特徴とするピン
   トずれ検出装置。