JP2002318344A - 光学機器のオートフォーカシング方法および装置 - Google Patents
光学機器のオートフォーカシング方法および装置Info
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- JP2002318344A JP2002318344A JP2002036735A JP2002036735A JP2002318344A JP 2002318344 A JP2002318344 A JP 2002318344A JP 2002036735 A JP2002036735 A JP 2002036735A JP 2002036735 A JP2002036735 A JP 2002036735A JP 2002318344 A JP2002318344 A JP 2002318344A
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B21/241—Devices for focusing
- G02B21/244—Devices for focusing using image analysis techniques
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- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
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- Focusing (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の欠点を回避し、ユーザフレンドリーで
あり、器具の使用が妨げられないように改善すること。 【解決手段】 本発明は、光学機器を対象物（１０）に
フォーカシングするための方法および装置に関する。対
象物（１０）において画像内容変化頻度の高い領域を探
査し、これに基づき当該領域に自動的にフォーカシング
する。
あり、器具の使用が妨げられないように改善すること。 【解決手段】 本発明は、光学機器を対象物（１０）に
フォーカシングするための方法および装置に関する。対
象物（１０）において画像内容変化頻度の高い領域を探
査し、これに基づき当該領域に自動的にフォーカシング
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学機器、例えば
手術用（立体）顕微鏡のオートフォーカシング方法およ
び装置に関するものであり、特にこれによりユーザが画
像の最大の鋭さないしシャープさを必要とするいずれの
対象物面にもフォーカシングすることができるものに関
する。多数の臨床適用では、視野の小さな領域でだけ作
業が行われる。従ってフォーカシングはこの領域で行わ
れるべきである。
手術用（立体）顕微鏡のオートフォーカシング方法およ
び装置に関するものであり、特にこれによりユーザが画
像の最大の鋭さないしシャープさを必要とするいずれの
対象物面にもフォーカシングすることができるものに関
する。多数の臨床適用では、視野の小さな領域でだけ作
業が行われる。従ってフォーカシングはこの領域で行わ
れるべきである。
【０００２】
【技術的背景】ここで本発明は次の認識に基づくもので
ある： ・観察者は、例えば器具により作業される個所で最大の
解像度を所望する。 ・作業が行われるこの小さな環境ないし範囲において画
像内容は器具の運動によりもっとも強く変化する。
ある： ・観察者は、例えば器具により作業される個所で最大の
解像度を所望する。 ・作業が行われるこの小さな環境ないし範囲において画
像内容は器具の運動によりもっとも強く変化する。
【０００３】光学装置の焦点面を手動調整する他に多数
の（焦点等の）自動調整システムがあり、例えば、焦点
調整の場合これらのシステムは測定信号（実質的に対象
物までの間隔の測定に基づき形成される）に基づき調整
が行われる。
の（焦点等の）自動調整システムがあり、例えば、焦点
調整の場合これらのシステムは測定信号（実質的に対象
物までの間隔の測定に基づき形成される）に基づき調整
が行われる。
【０００４】座標軸ＸとＹが対象物面にあり、Ｚ軸が光
軸に対して平行に延在していれば、光学系から対象物面
の点までの距離ｚ１を検出するためにＸ、Ｙ座標を規定
しなければならない。 ・単純なシステムでは、この座標はｘ０＝ｙ０＝０とし
て設定される。 ・より複雑なシステムでは、規定すべき座標（ｘ０，ｙ
０）がジョイスティックにより設定される。 ・複雑なシステムでは、例えば「アイトラッキング」を
介して、観察眼により観察される点の座標（ｘ０，ｙ
０）が求められ、測定装置によってこの点から対物レン
ズまでの間隔が検出される。
軸に対して平行に延在していれば、光学系から対象物面
の点までの距離ｚ１を検出するためにＸ、Ｙ座標を規定
しなければならない。 ・単純なシステムでは、この座標はｘ０＝ｙ０＝０とし
て設定される。 ・より複雑なシステムでは、規定すべき座標（ｘ０，ｙ
０）がジョイスティックにより設定される。 ・複雑なシステムでは、例えば「アイトラッキング」を
介して、観察眼により観察される点の座標（ｘ０，ｙ
０）が求められ、測定装置によってこの点から対物レン
ズまでの間隔が検出される。
【０００５】
【従来の技術】・ｚ０座標を、画像ビームの明るさの変
化に基づいて鮮鋭度調整の変化の際に適合することはＤ
Ｅ−Ａ１９２８４３２から公知である。 ・さらにＤＥ−Ａ２０５３０１７からスリットないし帯
状画像を可動ミラーの調整により補償すること、および
ＤＥ−Ｂ２１０２９２２から光電子装置による不可視光
のビーム束が公知である。
化に基づいて鮮鋭度調整の変化の際に適合することはＤ
Ｅ−Ａ１９２８４３２から公知である。 ・さらにＤＥ−Ａ２０５３０１７からスリットないし帯
状画像を可動ミラーの調整により補償すること、および
ＤＥ−Ｂ２１０２９２２から光電子装置による不可視光
のビーム束が公知である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これら公知
のシステムは以下の点で欠点を有することを認識する。 ａ）手動または電気的フォーカシングは緩慢であり、そ
の本来の課題（タスク）および活動ないし操作から観察
者の注意を逸らす。 ｂ）オートフォーカスシステムは所定の予め選択された
領域（ｘ０，ｙ０）にフォーカスするが、この領域は手
動または電気的制御で所期のように変化されなければな
らない。 ｃ）「アイトラッキング」：相応の装置は技術的に大が
かりであり、ユーザの眼を測定するための付加的装置を
必要とする。主ビーム路からの分割（反射）出力ビーム
路を介して観察する助手は、第一観察者の視野方向での
観察を強要される。 ｄ）公知のすべての方法は、所定の器具がユーザにより
使用（操作）されることを無視しており、そのため器具
の使用が場合により妨害される。
のシステムは以下の点で欠点を有することを認識する。 ａ）手動または電気的フォーカシングは緩慢であり、そ
の本来の課題（タスク）および活動ないし操作から観察
者の注意を逸らす。 ｂ）オートフォーカスシステムは所定の予め選択された
領域（ｘ０，ｙ０）にフォーカスするが、この領域は手
動または電気的制御で所期のように変化されなければな
らない。 ｃ）「アイトラッキング」：相応の装置は技術的に大が
かりであり、ユーザの眼を測定するための付加的装置を
必要とする。主ビーム路からの分割（反射）出力ビーム
路を介して観察する助手は、第一観察者の視野方向での
観察を強要される。 ｄ）公知のすべての方法は、所定の器具がユーザにより
使用（操作）されることを無視しており、そのため器具
の使用が場合により妨害される。
【０００７】本発明の一視点における課題は、光学機
器、特に手術用（立体）顕微鏡において、ユーザフレン
ドリーであり、器具の使用が妨げられないように改善す
ることである。本発明の他の視点における課題は、前記
の欠点を回避した光学機器のオートフォーカシング方法
および装置を提供することである。
器、特に手術用（立体）顕微鏡において、ユーザフレン
ドリーであり、器具の使用が妨げられないように改善す
ることである。本発明の他の視点における課題は、前記
の欠点を回避した光学機器のオートフォーカシング方法
および装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明の一
視点において、請求項１記載の構成によって解決され
る。即ち、光学装置の対物レンズを対象物に、画像セン
サを介して得られた対象物の画像情報を使用してフォー
カシングする方法において、対象物を、識別可能な画像
変化を有する対象野（ｘｉ，ｙｉ）に従って探査または
分割し、これに基づいて、対象野（ｘ０，ｙ０）のどれ
が所定の変化アクティビティ、とりわけ最大変化アクテ
ィビティを有するかを検出し、これに基づいて、対物レ
ンズと対象野（ｘ０，ｙ０）との間の、前記所定の変化
アクティビティを有するｚ１間隔を計算し、これに基づ
いて、当該値を対物レンズのフォーカシング装置の計算
器支援制御のために使用する、ことを特徴とする。（視
点１） 本発明は、さらに下記の各視点に従った特徴を有する。 （視点２） 画像における光学的に識別可能な、対象物
関連の変化を検出し、明るさおよび反射の発生に従って
重み付けする方法。 （視点３） 所定の変化値、例えば時間単位当たりでも
っとも頻繁な変化を有する画像座標を検出し、計算で重
み付けする方法。 （視点４） フォーカシングを、予めプログラミングさ
れた重み付け値に基づいて、相応の対象物関連変化の個
所で行う方法。 （視点５） 画像を、光学的に識別可能な、対象物関連
変化の識別のために、画像センサを介してピクセル（ｘ
ｉ，ｙｉ）に分解し、画像センサはピクセルごとに電気
信号（１ａ）、例えばビデオ信号を形成し、該電気信号
をさらなる計算のために使用する方法。 （視点６） 画像センサのすべての電気信号の変化を検
出し、計算機的に仮想２次元（２Ｄ）ヒストグラムに表
示し、ヒストグラムのＸ、Ｙ面は画像センサ（１）の面
に、ヒストグラム（１５）のＺ軸は信号の変化に相応す
る方法。 （視点７） ヒストグラムの所定のＺ領域を設定し、所
属の点をヒストグラムのＸ、Ｙ面で検出すると共に対象
物の相応の位置（ｘ０，ｙ０）を検出し、位置（ｘ０，
ｙ０）にフォーカスする方法。 （視点８） 変化ないしは運動の検出を計算器支援し
て、予調整可能なパラメータに従って行い、当該計算器
支援された検出の前に、従来の観点からの手動フォーカ
シングを行う方法。 （視点９） 調整可能な対物レンズに対する、遠隔制御
される調整素子と、画像センサと、画像センサ分析ユニ
ットとを有する光学システムをフォーカシングする装置
において、画像センサ分析ユニットは、プログラムを備
えた計算器を有し、該プログラムは、下記のステップを
実行する、ことを特徴とする装置： （１）対象物を、識別可能な画像変化を有する対象野
（ｘｉ，ｙｉ）に従って探査または分割するステップ、
（２）これに基づいて、対象野（ｘ０，ｙ０）のどれが
所定の変化アクティビティ、とりわけ最大変化アクティ
ビティを有するかを検出するステップ、（３）これに基
づいて、対物レンズと対象野（ｘ０，ｙ０）との間の、
前記所定の変化アクティビティを有するｚ１間隔を計算
するステップ、（４）これに基づいて、当該値を対物レ
ンズのフォーカシング装置の計算器支援制御のために使
用するステップ。（視点１０） 該計算器は、画像セン
サのピクセルからの電気信号変化を検出するための分析
装置を有する、視点９の装置。（視点１１） 視点９に
おいて、視点２〜８のいずれかの方法ステップを実行す
る装置。
視点において、請求項１記載の構成によって解決され
る。即ち、光学装置の対物レンズを対象物に、画像セン
サを介して得られた対象物の画像情報を使用してフォー
カシングする方法において、対象物を、識別可能な画像
変化を有する対象野（ｘｉ，ｙｉ）に従って探査または
分割し、これに基づいて、対象野（ｘ０，ｙ０）のどれ
が所定の変化アクティビティ、とりわけ最大変化アクテ
ィビティを有するかを検出し、これに基づいて、対物レ
ンズと対象野（ｘ０，ｙ０）との間の、前記所定の変化
アクティビティを有するｚ１間隔を計算し、これに基づ
いて、当該値を対物レンズのフォーカシング装置の計算
器支援制御のために使用する、ことを特徴とする。（視
点１） 本発明は、さらに下記の各視点に従った特徴を有する。 （視点２） 画像における光学的に識別可能な、対象物
関連の変化を検出し、明るさおよび反射の発生に従って
重み付けする方法。 （視点３） 所定の変化値、例えば時間単位当たりでも
っとも頻繁な変化を有する画像座標を検出し、計算で重
み付けする方法。 （視点４） フォーカシングを、予めプログラミングさ
れた重み付け値に基づいて、相応の対象物関連変化の個
所で行う方法。 （視点５） 画像を、光学的に識別可能な、対象物関連
変化の識別のために、画像センサを介してピクセル（ｘ
ｉ，ｙｉ）に分解し、画像センサはピクセルごとに電気
信号（１ａ）、例えばビデオ信号を形成し、該電気信号
をさらなる計算のために使用する方法。 （視点６） 画像センサのすべての電気信号の変化を検
出し、計算機的に仮想２次元（２Ｄ）ヒストグラムに表
示し、ヒストグラムのＸ、Ｙ面は画像センサ（１）の面
に、ヒストグラム（１５）のＺ軸は信号の変化に相応す
る方法。 （視点７） ヒストグラムの所定のＺ領域を設定し、所
属の点をヒストグラムのＸ、Ｙ面で検出すると共に対象
物の相応の位置（ｘ０，ｙ０）を検出し、位置（ｘ０，
ｙ０）にフォーカスする方法。 （視点８） 変化ないしは運動の検出を計算器支援し
て、予調整可能なパラメータに従って行い、当該計算器
支援された検出の前に、従来の観点からの手動フォーカ
シングを行う方法。 （視点９） 調整可能な対物レンズに対する、遠隔制御
される調整素子と、画像センサと、画像センサ分析ユニ
ットとを有する光学システムをフォーカシングする装置
において、画像センサ分析ユニットは、プログラムを備
えた計算器を有し、該プログラムは、下記のステップを
実行する、ことを特徴とする装置： （１）対象物を、識別可能な画像変化を有する対象野
（ｘｉ，ｙｉ）に従って探査または分割するステップ、
（２）これに基づいて、対象野（ｘ０，ｙ０）のどれが
所定の変化アクティビティ、とりわけ最大変化アクティ
ビティを有するかを検出するステップ、（３）これに基
づいて、対物レンズと対象野（ｘ０，ｙ０）との間の、
前記所定の変化アクティビティを有するｚ１間隔を計算
するステップ、（４）これに基づいて、当該値を対物レ
ンズのフォーカシング装置の計算器支援制御のために使
用するステップ。（視点１０） 該計算器は、画像セン
サのピクセルからの電気信号変化を検出するための分析
装置を有する、視点９の装置。（視点１１） 視点９に
おいて、視点２〜８のいずれかの方法ステップを実行す
る装置。
【０００９】
【発明の実施の形態】例えば手術位置（サイト）が画像
センサに結像されれば、第１実施形態によれば、画像内
容の変化の評価を介して計算器によって２次元ヒストグ
ラムが作成され、このヒストグラムから所定の運動アク
ティビティ、例えば運動（移動）の最大値（の位置）が
ｘ０，ｙ０座標の形態で検出される。この座標により、
使用される測定方法によって、光学系と検出された所定
の対象野（視野域）ないしは対象点までの距離ｚ１が得
られる。
センサに結像されれば、第１実施形態によれば、画像内
容の変化の評価を介して計算器によって２次元ヒストグ
ラムが作成され、このヒストグラムから所定の運動アク
ティビティ、例えば運動（移動）の最大値（の位置）が
ｘ０，ｙ０座標の形態で検出される。この座標により、
使用される測定方法によって、光学系と検出された所定
の対象野（視野域）ないしは対象点までの距離ｚ１が得
られる。
【００１０】本発明およびその発展形態によって次の利
点が得られる。 Ａ）対象物の所定の（もっとも強い）変化ないしは所定
の（もっとも強い）検知可能な運動（動き）を備える
（に対応する）ｘ０，ｙ０座標が、対象野において検出
される： ・これにより対象物の所定の（最大）変化値にフォーカ
シングすることができ（例えば外科器具の運動または対
象物自体での変化過程も）、ひいてはイベント（事象）
の個所に、（メイン）ユーザの眼の注視方向（の変化）
に依存しないでフォーカシングすることができる。従っ
て助手は常に相応の個所を鮮鋭に見ることができる。 Ｂ）対象面／光学系の距離を自動検出および自動調整で
きる： ・Ｘ、Ｙ方向でもＺ方向でも手動調整は不要である。 ・自動的に所望のまたは最も重要な注視点にフォーカス
され、これは「障害となる」（外部）環境条件、例えば
接眼レンズから眼球瞳が離れること、実際の注視方向等
に依存しない。 Ｃ）プログラミングないしプログラム変更によりさらな
る発展が可能である：・最強の変化が検出できるだけで
はなく、所与の所定の変化領域も検出される。 Ｄ）眼球が測定されない： ・網膜への付加的刺激、例えば赤外線照射が回避され
る。 ・このシステムを「遠隔」作用する光学機器に使用する
ことができ、オートフォーカスのための所定の別の手段
（注視方向配向システム）が省略される。Ｅ）大がかり
な測定光学系が省略される： ・検出問題はもっぱらソフトウエアにより、既存の計算
器および装置（カメラ）の支援の下で解決される。これ
により構造が小型になる。 ・このシステムは多種多様に使用することができる。
Ｆ）所定の調整可能な大きさの対象野を（セグメント
へ）分割する： ・対象野を、測定された運動アクティビティ、すなわち
システム感度の重み付け手段によって分割する。 Ｇ）特別の反射(Reflexen)に対する特別の探査： ・検出された運動アクティビティをサイトのアクティビ
ティまたは外科器具、例えばメスのアクティビティに従
って分離（判別）することができる。これにより、例え
ばフォーカシングを指示手段（ポインティングデバイ
ス）によって所望のように制御することができる。 Ｈ）画像変化検知がピクセルに従って分解される： ・比較的小さな計算の手間（工数ないしコスト）で簡単
に検出が可能であり、画素通りの検出が行われ、従って
画素指向のｚ計算が行われる。Ｊ）手動の粗いフォーカ
シングが運動評価実行の前に行われる： ・これにより迅速で正確な評価が可能である。なぜな
ら、対象物の重要な部分はすべて比較的鮮鋭に観察さ
れ、従って比較的良好にカメラの画像センサに結像され
る。
点が得られる。 Ａ）対象物の所定の（もっとも強い）変化ないしは所定
の（もっとも強い）検知可能な運動（動き）を備える
（に対応する）ｘ０，ｙ０座標が、対象野において検出
される： ・これにより対象物の所定の（最大）変化値にフォーカ
シングすることができ（例えば外科器具の運動または対
象物自体での変化過程も）、ひいてはイベント（事象）
の個所に、（メイン）ユーザの眼の注視方向（の変化）
に依存しないでフォーカシングすることができる。従っ
て助手は常に相応の個所を鮮鋭に見ることができる。 Ｂ）対象面／光学系の距離を自動検出および自動調整で
きる： ・Ｘ、Ｙ方向でもＺ方向でも手動調整は不要である。 ・自動的に所望のまたは最も重要な注視点にフォーカス
され、これは「障害となる」（外部）環境条件、例えば
接眼レンズから眼球瞳が離れること、実際の注視方向等
に依存しない。 Ｃ）プログラミングないしプログラム変更によりさらな
る発展が可能である：・最強の変化が検出できるだけで
はなく、所与の所定の変化領域も検出される。 Ｄ）眼球が測定されない： ・網膜への付加的刺激、例えば赤外線照射が回避され
る。 ・このシステムを「遠隔」作用する光学機器に使用する
ことができ、オートフォーカスのための所定の別の手段
（注視方向配向システム）が省略される。Ｅ）大がかり
な測定光学系が省略される： ・検出問題はもっぱらソフトウエアにより、既存の計算
器および装置（カメラ）の支援の下で解決される。これ
により構造が小型になる。 ・このシステムは多種多様に使用することができる。
Ｆ）所定の調整可能な大きさの対象野を（セグメント
へ）分割する： ・対象野を、測定された運動アクティビティ、すなわち
システム感度の重み付け手段によって分割する。 Ｇ）特別の反射(Reflexen)に対する特別の探査： ・検出された運動アクティビティをサイトのアクティビ
ティまたは外科器具、例えばメスのアクティビティに従
って分離（判別）することができる。これにより、例え
ばフォーカシングを指示手段（ポインティングデバイ
ス）によって所望のように制御することができる。 Ｈ）画像変化検知がピクセルに従って分解される： ・比較的小さな計算の手間（工数ないしコスト）で簡単
に検出が可能であり、画素通りの検出が行われ、従って
画素指向のｚ計算が行われる。Ｊ）手動の粗いフォーカ
シングが運動評価実行の前に行われる： ・これにより迅速で正確な評価が可能である。なぜな
ら、対象物の重要な部分はすべて比較的鮮鋭に観察さ
れ、従って比較的良好にカメラの画像センサに結像され
る。
【００１１】上記のテキスト（記載事項）は、外科およ
び手術用顕微鏡ないしは手術分野に基づくものである。
しかし本発明は、相応にしてビデオおよび光学カメラ並
びに他の単眼または双眼機器装置に適用できる。
び手術用顕微鏡ないしは手術分野に基づくものである。
しかし本発明は、相応にしてビデオおよび光学カメラ並
びに他の単眼または双眼機器装置に適用できる。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明の画像センサ分析ユニット
（アナライザ）８および画像センサ１，例えば結像光学
系を有するカメラのＣＣＤの例としての構成を示す。結
像光学系２はビームスプリッタ３と共働する。ビームス
プリッタは、ビーム路中、光学機器の主対物レンズ５の
後方に配置されており、対象物１０の画像を一方ではユ
ーザ（接眼レンズ）に導き、他方では画像センサ１に偏
向する。画像センサ１は、対象物１０の画像を画像セン
サ分析ユニット８（計算器）に、電子的に分解された形
態１ａでさらなる処理のために受け取る。この信号は画
像センサ分析ユニット８で、オートフォーカスシステム
ユニット９に対する信号８ａに変換される。オートフォ
ーカスシステムユニット９は、距離信号６ａと６ｂに基
づいてフォーカシング装置７を制御し、対物レンズ５の
位置を調整（制御）する。
（アナライザ）８および画像センサ１，例えば結像光学
系を有するカメラのＣＣＤの例としての構成を示す。結
像光学系２はビームスプリッタ３と共働する。ビームス
プリッタは、ビーム路中、光学機器の主対物レンズ５の
後方に配置されており、対象物１０の画像を一方ではユ
ーザ（接眼レンズ）に導き、他方では画像センサ１に偏
向する。画像センサ１は、対象物１０の画像を画像セン
サ分析ユニット８（計算器）に、電子的に分解された形
態１ａでさらなる処理のために受け取る。この信号は画
像センサ分析ユニット８で、オートフォーカスシステム
ユニット９に対する信号８ａに変換される。オートフォ
ーカスシステムユニット９は、距離信号６ａと６ｂに基
づいてフォーカシング装置７を制御し、対物レンズ５の
位置を調整（制御）する。
【００１３】図２は、対象物の画像が顕微鏡の接眼レン
ズを通して見た視野にどのように見られるかを示す。こ
のように画像センサ１にも結像される。外科器具１４は
対象物１０において（対して）操作を実行し、それによ
り器具先端の位置が変化する。この運動経過（軸跡）は
曲線により象徴的に示されている。
ズを通して見た視野にどのように見られるかを示す。こ
のように画像センサ１にも結像される。外科器具１４は
対象物１０において（対して）操作を実行し、それによ
り器具先端の位置が変化する。この運動経過（軸跡）は
曲線により象徴的に示されている。
【００１４】図３は、器具先端の運動の頻度の評価をヒ
ストグラムの形態で示す。ヒストグラム座標Ｘ、Ｙは対
象物座標Ｘ、Ｙに相応する；ヒストグラムのＺ軸はそれ
ぞれの画像野（ピクセルないしフィールド画素）におけ
る運動の頻度に相当する。
ストグラムの形態で示す。ヒストグラム座標Ｘ、Ｙは対
象物座標Ｘ、Ｙに相応する；ヒストグラムのＺ軸はそれ
ぞれの画像野（ピクセルないしフィールド画素）におけ
る運動の頻度に相当する。
【００１５】図４は、ヒストグラムを２次元形態で符号
によって示す（１〜４の順に数字が大きくなるほど頻度
は大となる）。
によって示す（１〜４の順に数字が大きくなるほど頻度
は大となる）。
【００１６】図５は、対象物Ｘ、Ｙの変化頻度を２次元
平面にピクセルの濃淡を頻度で表わして示す。ここに、
頻繁な変化は濃いヒストグラムピクセルとして示されて
いる。
平面にピクセルの濃淡を頻度で表わして示す。ここに、
頻繁な変化は濃いヒストグラムピクセルとして示されて
いる。
【００１７】図６は、器具１４ａないし１４ｂがポイン
ティングデバイスとして使用され（機能し）、これらに
より順次検出された運動アクティビティ（軌跡）１５ａ
ないし１５ｂを示す。これにより相応の個所（複数）に
フォーカシングすることができる。
ティングデバイスとして使用され（機能し）、これらに
より順次検出された運動アクティビティ（軌跡）１５ａ
ないし１５ｂを示す。これにより相応の個所（複数）に
フォーカシングすることができる。
【００１８】図７は、対象物座標の幾何（３次元）形状
を示す。対象点１０ａは座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を対
象空間に有する。座標ｘ０とｙ０はビデオ分析に基づい
て検出されたものである。例えば簡単な三角法による距
離測定によって、主対物レンズ５の基準面５ａまでの有
効距離ｚ１を検出することができる。
を示す。対象点１０ａは座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を対
象空間に有する。座標ｘ０とｙ０はビデオ分析に基づい
て検出されたものである。例えば簡単な三角法による距
離測定によって、主対物レンズ５の基準面５ａまでの有
効距離ｚ１を検出することができる。
【００１９】作用は次のとおりである：観察すべき対象
物１０から発したビーム束２０の一部がビームスプリッ
タ３によって光学系２を介し、画像センサ１，例えばカ
メラのＣＣＤに結像される。従って画像センサは、対象
物１０の画像を電子的に分解された形態で画像センサ分
析ユニット（アナライザないし計算器）８に供給する。
この計算器８は適切な内部プログラムによって、所定画
像個所（複数）での運動（画像変化）の頻度をヒストグ
ラム（図３）の形態で表す。
物１０から発したビーム束２０の一部がビームスプリッ
タ３によって光学系２を介し、画像センサ１，例えばカ
メラのＣＣＤに結像される。従って画像センサは、対象
物１０の画像を電子的に分解された形態で画像センサ分
析ユニット（アナライザないし計算器）８に供給する。
この計算器８は適切な内部プログラムによって、所定画
像個所（複数）での運動（画像変化）の頻度をヒストグ
ラム（図３）の形態で表す。
【００２０】２次元（２Ｄ）ヒストグラムのＸ、Ｙ面は
対象物座標Ｘ、Ｙに相応する。ヒストグラムのＺ軸は、
Ｘ、Ｙ面の所定点における運動の頻度を表す。本発明で
は、ヒストグラムの所定のＺ領域、例えばその最大値が
計算で求められ、最大値の位置に対応する所属の座標
（ｘ０，ｙ０）が計算される。
対象物座標Ｘ、Ｙに相応する。ヒストグラムのＺ軸は、
Ｘ、Ｙ面の所定点における運動の頻度を表す。本発明で
は、ヒストグラムの所定のＺ領域、例えばその最大値が
計算で求められ、最大値の位置に対応する所属の座標
（ｘ０，ｙ０）が計算される。
【００２１】この検出された座標はオートフォーカスシ
ステムユニット９にさらに供給される。オートフォーカ
スシステムユニット９は、例えば測定ビーム６ｃを介し
てこの対象点１０ａ（ｘ０，ｙ０，ｚ０）までの距離を
検出する。簡単な三角法によって対象点（ｘ０，ｙ０，
ｚ０）と主対物レンズ５との間の有効距離ｚ１を検出す
ることができる。この検出に基づいて、フォーカシング
ユニット７により主対物レンズ５が、対象点１０ａ（ｘ
０，ｙ０）が観察者に対してシャープに結像される位置
へもたらされる。
ステムユニット９にさらに供給される。オートフォーカ
スシステムユニット９は、例えば測定ビーム６ｃを介し
てこの対象点１０ａ（ｘ０，ｙ０，ｚ０）までの距離を
検出する。簡単な三角法によって対象点（ｘ０，ｙ０，
ｚ０）と主対物レンズ５との間の有効距離ｚ１を検出す
ることができる。この検出に基づいて、フォーカシング
ユニット７により主対物レンズ５が、対象点１０ａ（ｘ
０，ｙ０）が観察者に対してシャープに結像される位置
へもたらされる。
【００２２】しかし本発明は、測定ビーム６ｃによる方
法に限定されるものではない。相応の測定点（ｘ０，ｙ
０，ｚ０）までの焦点距離ｚ１の明瞭な検出は他の従来
の方法、例えば断層画像、縁部シャープネス分析等によ
っても可能である。
法に限定されるものではない。相応の測定点（ｘ０，ｙ
０，ｚ０）までの焦点距離ｚ１の明瞭な検出は他の従来
の方法、例えば断層画像、縁部シャープネス分析等によ
っても可能である。
【００２３】
【発明の効果】本発明の請求項１又は請求項９（基本構
成）により、ユーザフレンドリーであり、器具の使用が
妨げられない光学機器、特に手術用（立体）顕微鏡が得
られる。本発明の視点２〜８、１０の各特徴によって、
さらに夫々付加的な特有の利点が達成される。
成）により、ユーザフレンドリーであり、器具の使用が
妨げられない光学機器、特に手術用（立体）顕微鏡が得
られる。本発明の視点２〜８、１０の各特徴によって、
さらに夫々付加的な特有の利点が達成される。
【図１】本発明の概略図である。
【図２】接眼レンズの視野に示される対象物の像であ
る。
る。
【図３】運動頻度を表すヒストグラムである。
【図４】ヒストグラムの２次元形態である。
【図５】変化頻度を表す図である。
【図６】器具が使用される場合の変化頻度を表す図であ
る。
る。
【図７】対象物座標の幾何（３次元）形状を説明するた
めの図である。
めの図である。
１ 画像センサ（ＣＣＤ） １ａ 電気信号（ビデオ信号） ２ 画像センサに対する光学系 ３ ビームスプリッタ ４ ビームスプリッタ層 ５ 対物レンズ ５ａ 対物レンズ基準面 ６ 距離測定器 ６ａ 信号：測定すべき位置Ｘ、Ｙ ６ｂ 信号：個所Ｘ、Ｙでの距離Ｚ ７ フォーカシング装置 ７ａ 信号：調整すべき距離Ｚ ８ 画像センサ分析ユニット（計算器） ８ａ 信号：オートフォーカスシステムユニット９に対
する ９ オートフォーカスシステムユニット １０ 対象物 １０ａ 対象点／詳細 １１ （５）の光軸 １２ （１）の光軸 １３ 画像野 １４ 運動する対象物／器具 １４ａ 器具の第１の位置（ｘ１，ｙ１） １４ｂ 器具の第２の位置（ｘ２，ｙ２） １５ ヒストグラム １５ａ 器具のヒストグラム：第１の位置 １５ｂ 器具のヒストグラム：第２の位置 ２０ （５）のビーム路 ２１ （１）のビーム路 ２２ 観察者へのビーム路 ３０ 光軸／対象物軌道間の角度 ３１ 対物レンズ／対象物（ｚ１）間の間隔 Ｘ、Ｙ、Ｚ 座標軸 ｚ１ 距離
する ９ オートフォーカスシステムユニット １０ 対象物 １０ａ 対象点／詳細 １１ （５）の光軸 １２ （１）の光軸 １３ 画像野 １４ 運動する対象物／器具 １４ａ 器具の第１の位置（ｘ１，ｙ１） １４ｂ 器具の第２の位置（ｘ２，ｙ２） １５ ヒストグラム １５ａ 器具のヒストグラム：第１の位置 １５ｂ 器具のヒストグラム：第２の位置 ２０ （５）のビーム路 ２１ （１）のビーム路 ２２ 観察者へのビーム路 ３０ 光軸／対象物軌道間の角度 ３１ 対物レンズ／対象物（ｚ１）間の間隔 Ｘ、Ｙ、Ｚ 座標軸 ｚ１ 距離
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｂ 3/00 Ａ (72)発明者 ローガー シュピンク スイス ＣＨ−9442 ベルンエック ヴィ スリーシュトラーセ ７ｂ Ｆターム(参考） 2H011 AA06 BA31 BB04 2H051 AA11 BA45 CB22 CE14 DA08 2H052 AA13 AB24 AC04 AD09 AF14 AF25 5C022 AA08 AB26 AC42 AC54
Claims (10)
- 【請求項１】 光学装置の対物レンズを対象物に、画像
センサを介して得られた対象物の画像情報を使用してフ
ォーカシングする方法において、 対象物（１０）を、識別可能な画像変化を有する対象野
（ｘｉ，ｙｉ）に従って探査または分割し、 これに基づいて、対象野（ｘ０，ｙ０）のどれが所定の
変化アクティビティを有するかを検出し、 これに基づいて、対物レンズ（５）と対象野（ｘ０，ｙ
０）との間の、前記所定の変化アクティビティを有する
ｚ１間隔を計算し、 これに基づいて、当該値を対物レンズ（５）のフォーカ
シング装置（７）の計算器支援制御のために使用する、
ことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 画像における光学的に識別可能な、対象
物関連の変化を検出し、明るさおよび反射の発生に従っ
て重み付けする、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 所定の変化値でもっとも頻繁な変化を有
する画像座標を検出し、計算で重み付けする、請求項１
または２記載の方法。 - 【請求項４】 フォーカシングを、予めプログラミング
された重み付け値に基づいて、相応の対象物関連変化の
個所で行う、請求項１から３までのいずれか１項記載の
方法。 - 【請求項５】 画像を、光学的に識別可能な、対象物関
連変化の識別のために、画像センサ（１）を介してピク
セル（ｘｉ，ｙｉ）に分解し、 画像センサ（１）はピクセルごとに電気信号（１ａ）、
例えばビデオ信号を形成し、 該電気信号をさらなる計算のために使用する、請求項１
から４までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項６】 画像センサ（１）のすべての電気信号の
変化を検出し、計算機的に仮想２次元（２Ｄ）ヒストグ
ラム（１５）に表示し、 ヒストグラム（１５）のＸ、Ｙ面は画像センサ（１）の
面に、ヒストグラム（１５）のＺ軸は信号の変化に相応
する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項７】 ヒストグラム（１５）の所定のＺ領域を
設定し、所属の点をヒストグラム（１５）のＸ、Ｙ面で
検出すると共に対象物（１０）の相応の位置（ｘ０，ｙ
０）を検出し、位置（ｘ０，ｙ０）にフォーカスする、
請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項８】 変化ないしは運動の検出を計算器支援し
て、予調整可能なパラメータに従って行い、 当該計算器支援された検出の前に、従来の観点からの手
動フォーカシングを行う、請求項１から７までのいずれ
か１項記載の方法。 - 【請求項９】 調整可能な対物レンズに対する、遠隔制
御される調整素子と、画像センサと、画像センサ分析ユ
ニットとを有する光学システムをフォーカシングする装
置において、 画像センサ分析ユニット（８）は、プログラムを備えた
計算器を有し、 該プログラムは、下記のステップを実行する、ことを特
徴とする装置：（１）対象物を、識別可能な画像変化を
有する対象野（ｘｉ，ｙｉ）に従って探査または分割す
るステップ、（２）これに基づいて、対象野（ｘ０，ｙ
０）のどれが所定の変化アクティビティを有するかを検
出するステップ、（３）これに基づいて、対物レンズと
対象野（ｘ０，ｙ０）との間の、前記所定の変化アクテ
ィビティを有するｚ１間隔を計算するステップ、（４）
これに基づいて、当該値を対物レンズのフォーカシング
装置の計算器支援制御のために使用するステップ。 - 【請求項１０】 該計算器（８）は、画像センサ（１）
のピクセルからの電気信号変化を検出するための分析装
置を有する、請求項９記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| DE10106698A DE10106698A1 (de) | 2001-02-14 | 2001-02-14 | Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Fokussieren eines optischen Gerätes |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002318344A true JP2002318344A (ja) | 2002-10-31 |
Family
ID=7673921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002036735A Pending JP2002318344A (ja) | 2001-02-14 | 2002-02-14 | 光学機器のオートフォーカシング方法および装置 |
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| Country | Link |
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| EP (1) | EP1255146B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002318344A (ja) |
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| US7196300B2 (en) * | 2003-07-18 | 2007-03-27 | Rudolph Technologies, Inc. | Dynamic focusing method and apparatus |
| TWI422896B (zh) * | 2004-07-12 | 2014-01-11 | August Technology Corp | 動態對焦方法及設備 |
| DE102005029381B4 (de) * | 2005-06-24 | 2007-04-26 | Olympus Soft Imaging Solutions Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur optischen Abtastung einer Probe |
| DE102011082756A1 (de) | 2011-09-15 | 2013-03-21 | Leica Microsystems (Schweiz) Ag | Autofokussierverfahren und -einrichtung für ein Mikroskop |
| US20130271575A1 (en) * | 2012-04-11 | 2013-10-17 | Zspace, Inc. | Dynamically Controlling an Imaging Microscopy System |
| US9265458B2 (en) | 2012-12-04 | 2016-02-23 | Sync-Think, Inc. | Application of smooth pursuit cognitive testing paradigms to clinical drug development |
| US9380976B2 (en) | 2013-03-11 | 2016-07-05 | Sync-Think, Inc. | Optical neuroinformatics |
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| DE2053017A1 (de) | 1970-10-29 | 1972-05-04 | Grundig Emv | Verfahren zur berührungslosen Abstandsmessung |
| DE2102922C3 (de) | 1971-01-22 | 1978-08-24 | Ernst Leitz Wetzlar Gmbh, 6330 Wetzlar | Anordnung zum selbsttätigen Fokussieren auf in optischen Geräten zu betrachtende Objekte |
| EP0366136B1 (en) * | 1988-10-27 | 1995-03-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Image sensing and processing device |
| US5790710A (en) * | 1991-07-12 | 1998-08-04 | Jeffrey H. Price | Autofocus system for scanning microscopy |
| US5239170A (en) * | 1991-10-23 | 1993-08-24 | Karl Suss America, Incorporated | Autofocus method and apparatus for imaging microscopy using a predetermined visual imaging feature |
| US5483055A (en) * | 1994-01-18 | 1996-01-09 | Thompson; Timothy V. | Method and apparatus for performing an automatic focus operation for a microscope |
| US5647025A (en) * | 1994-09-20 | 1997-07-08 | Neopath, Inc. | Automatic focusing of biomedical specimens apparatus |
| WO1996013743A1 (de) * | 1994-10-26 | 1996-05-09 | Leica Ag | Mikroskop, insbesondere operationsmikroskop |
| US6172349B1 (en) * | 1997-03-31 | 2001-01-09 | Kla-Tencor Corporation | Autofocusing apparatus and method for high resolution microscope system |
| US6974938B1 (en) * | 2000-03-08 | 2005-12-13 | Tibotec Bvba | Microscope having a stable autofocusing apparatus |
| DE10024687A1 (de) * | 2000-05-18 | 2001-11-22 | Zeiss Carl Jena Gmbh | Autofokussiereinrichtung für optische Geräte |
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-
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-
2002
- 2002-02-12 EP EP02100126A patent/EP1255146B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-02-12 DE DE50211439T patent/DE50211439D1/de not_active Expired - Lifetime
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