JP2009036824A - 合焦方法及び合焦システム - Google Patents
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Abstract
【課題】少ない像の撮像によって速い速度で焦点検出を行い合焦を行うことのできる合焦方法及び合焦システムであって、特別な合焦検出系を配置する必要のない安価で簡易なシステムから成る合焦方法及び合焦システムを提供する。
【解決手段】画像中に存在する像に対して収差解析を行い、光波の波面形状に基づいてデフォーカス量を計算し、前記デフォーカス量に基づいて前記光学系を合焦させる。
【選択図】図1
【解決手段】画像中に存在する像に対して収差解析を行い、光波の波面形状に基づいてデフォーカス量を計算し、前記デフォーカス量に基づいて前記光学系を合焦させる。
【選択図】図1
Description
本発明は、光学系の焦点位置を検出して焦点を合わせる合焦方法及び合焦システムに関し、特に光学系を透過した光の像の収差を解析し、その結果を用いて焦点位置を検出する合焦方法及び合焦システムに関する。
従来顕微鏡やカメラ等の撮像装置の合焦は手動で行われていた。例えば、顕微鏡での合焦は、対物レンズと観察対象との相対的な位置関係を調節することによって行うのが一般的であり、合焦機構により観察対象の位置を対物レンズの光軸方向に移動させることにより行われる。
近年自動的に合焦動作を行うオートフォーカス機能を備えているものが、広く用いられている。例えば銀塩及びデジタル一眼レフカメラでは、撮像レンズを通った光束をビームスプリッタで分割して、分割した光束の光軸を互いにずらし、2つの結像レンズで焦点検出センサに結像し、2像のずれからデフォーカス量(焦点位置からのずれの大きさ)を計算し、そのデフォーカス量に応じて撮像レンズを駆動し合焦させる、いわゆるTTL(Through The Lens)位相差検出型のオートフォーカスが広く用いられている。
特開2006−98771号公報(特許文献1)には、このTTL位相差検方式を採用した焦点検出装置が開示されている。この焦点検出装置では、先ず撮像された2像のズレから、位相差による焦点検出方法でデフォーカス量defの演算を行い、更に第1の測光センサと第2の測光センサの出力差に応じて、カメラマイコンのROM内に記憶されたデータから補正係数kを決定すると共に、ROM内に記憶されたデータから現在の焦点距離及びフォーカス位置に応じた色収差量cを読み出し、最終デフォーカス量を、“k×c+def”として求めている。このようにして、レンズの差により色収差が異なる場合にも、光源の種類によるピントずれを抑制した精度の良いオートフォーカスを実現している。
他の方式のオートフォーカスとしては、撮像素子に結像される被写体像の高周波成分を抽出し、撮像レンズを駆動しながらその高周波成分が最も高くなる位置を合焦位置とする、いわゆるコントラスト検出方式のオートフォーカスがある。
例えば特開2006−30304号公報(特許文献2)に開示されている顕微鏡の焦点検出装置では、対物レンズの位置を変化させながら、異なる複数の位置の各々で光量信号の強度を記憶し、多数の光量信号の強度に基づいて演算処理を行うことによって合焦位置を決定するようにしている。この焦点検出装置では、光量信号の強度と相対位置との関係をグラフ化したときのピーク形状が平坦な場合でも、合焦位置を正確に検出できるようにしている。
特開2006−98771号公報
特開2006−30304号公報
上述の特許文献1に記載のTTL位相差検出型の焦点検出装置は、1回の焦点検出動作で合焦させることが可能であり、合焦動作が速いという長所があるが、撮影光束を分離するビームスプリッタや、合焦を行うための結像光学系、焦点検出センサ等を撮像光学系とは別に具備する必要があり、コストが高くなるという問題がある。
また、上述の特許文献2に記載のコントラスト検出方式の焦点検出装置では、特別な合焦検出系を配置する必要がないのでコスト面で有利であり、ピント精度も良いという長所があるが、撮像レンズを少しずつ動かして多数の画像を撮像する必要があるため、合焦速度が非常に遅くなるという問題がある。
本発明は上述のような事情によりなされたものであり、本発明の目的は、少ない像の撮像によって速い速度で焦点検出を行い合焦を行うことができる合焦方法及び合焦システムであり、特別な合焦検出系を配置する必要のない安価で簡易なシステムから成る合焦方法及び合焦システムを提供することにある。
本発明は、光学系の焦点位置を検出して焦点を合わせる合焦方法に関し、本発明の上記目的は、画像中に存在する像に対して収差解析を行い、光波の波面形状に基づいてデフォーカス量を計算し、前記デフォーカス量に基づいて前記光学系を合焦させることによって、或いは前記収差解析がスポット像解析、位相回復法、シャックハートマンセンサを用いる方法若しくは干渉計を用いる方法であることによって達成される。
本発明は、光学系の焦点位置を検出して焦点を合わせる合焦方法に関し、本発明の上記目的は、光学系を透過した光を撮像して得られたデータから前記光の収差を解析する収差解析ステップと、前記収差解析ステップの解析収差からデフォーカス距離Dを算出するデフォーカス距離算出ステップと、前記デフォーカス距離Dに基づいて前記光学系を焦点位置に移動させる移動ステップとを備えたことによって、或いは前記収差解析ステップで解析される収差分布がゼルニケ級数で与えられると共に、前記光学系の2以上の複数位置で前記収差を解析するようにし、前記デフォーカス距離算出ステップは、前記複数位置と、前記複数位置のそれぞれに対する前記ゼルニケ級数のZ3成分とが比例関係にあることに基づいて線形回帰をすることによって前記デフォーカス距離Dを算出するようになっていることによって、或いは前記収差解析ステップで解析される収差分布がゼルニケ級数で与えられると共に、前記デフォーカス距離算出ステップは、NAを前記光学系の開口数、λを前記光の波長として、前記ゼルニケ級数のZ3成分Z3とデフォーカス距離Dとの関係式
D=(Z3×15λ)/2πC3
ただし、
よりデフォーカス距離Dを算出するようになっていることによって達成される。
D=(Z3×15λ)/2πC3
ただし、
よりデフォーカス距離Dを算出するようになっていることによって達成される。
本発明は、光学系の焦点位置を検出して焦点を合わせる合焦方法に関し、本発明の上記目的は、光学系を透過した光を撮像して得られたデータから前記光の収差を解析する収差解析ステップと、前記収差解析ステップによって得られる収差分布からデフォーカス距離Dを算出するデフォーカス距離算出ステップと、前記デフォーカス距離Dに基づいて前記光学系を焦点位置に移動させる駆動制御ステップとで構成され、前記デフォーカス距離算出ステップは、前記収差分布と球面波分布とから最小2乗問題の目的関数を定式化し、前記最小2乗問題を解いてデフォーカス距離Dを決定することによって、或いは前記光の波長をλ、前記光学系の開口数をNAとし、前記収差分布がs(r,θ)であり、前記球面波分布が
であり、
を定式化して前記最小2乗問題を解くようになっていることによって達成される。
であり、
を定式化して前記最小2乗問題を解くようになっていることによって達成される。
本発明の上記目的は、前記収差解析ステップは、1つのデフォーカス位置又は2つのデフォーカス位置のスポット像を解析することによって収差を解析するようになっていることによって、或いは前記収差解析ステップは、1つのデフォーカス位置又は2つのデフォーカス位置の像から位相回復法によって収差を解析するようになっていることによって、或いは前記収差解析ステップは、干渉計を用いることによって収差を解析するようになっていることによって、或いは前記収差解析ステップは、シャックハートマンセンサを用いることによって収差を解析するようになっていることによって、或いは前記収差解析ステップは、前記光学系を透過した光をビームスプリッタで光1及び光2に分離し、前記光1はデフォーカス光学系を透過し撮像素子1で撮像され、前記光2は撮像素子2で撮像されるようにすることによって、前記2つのデフォーカス位置のスポット像を同時に撮像するようになっていることによって、より効果的に達成される。
本発明は、光学系の焦点位置を検出して焦点を合わせる合焦システムに関し、本発明の上記目的は、画像中に存在する像に対して収差解析を行い、光波の波面形状に基づいてデフォーカス量を計算し、前記デフォーカス量に基づいて前記光学系を合焦させることより達成され、前記像がスポットや線等の単純形状であることにより、或いは前記収差解析がスポット像解析、位相回復法、シャックハートマンセンサを用いる方法若しくは干渉計を用いる方法であることにより、より効果的に達成される。
また、本発明は光学系の合焦システムに関し、本発明の上記目的は、光を照射する光源と、前記光が透過する光学系と、前記光学系を透過した光を撮像して得られたデータから前記光の収差を解析する収差解析部と、前記収差解析部の解析収差からデフォーカス距離Dを算出するデフォーカス距離算出部と、前記デフォーカス距離Dに基づいて前記光学系を焦点位置に移動させる駆動制御部とで構成することにより達成され、前記収差解析部で解析される収差分布がゼルニケ級数で与えられると共に、前記光学系の2以上の複数位置で前記収差を解析するようにし、前記デフォーカス距離算出部は、前記複数位置と、前記複数位置のそれぞれに対する前記ゼルニケ級数のZ3成分とが比例関係にあることに基づいて線形回帰をすることによって前記デフォーカス距離Dを算出することにより、或いは前記収差解析部で解析される収差分布がゼルニケ級数で与えられると共に、前記デフォーカス距離算出部は、NAを前記光学系の開口数、λを前記光の波長として、前記ゼルニケ級数のZ3成分Z3とデフォーカス距離Dとの関係式
D=(Z3×15λ)/2πC3
ただし、
また、本発明は光学系の合焦システムに関し、本発明の上記目的は、光を照射する光源と、前記光が透過する光学系と、前記光学系を透過した光を撮像して得られたデータから前記光の収差を解析する収差解析部と、前記収差解析部の解析収差からデフォーカス距離Dを算出するデフォーカス距離算出部と、前記デフォーカス距離Dに基づいて前記光学系を焦点位置に移動させる駆動制御部とで構成することにより達成され、前記収差解析部で解析される収差分布がゼルニケ級数で与えられると共に、前記光学系の2以上の複数位置で前記収差を解析するようにし、前記デフォーカス距離算出部は、前記複数位置と、前記複数位置のそれぞれに対する前記ゼルニケ級数のZ3成分とが比例関係にあることに基づいて線形回帰をすることによって前記デフォーカス距離Dを算出することにより、或いは前記収差解析部で解析される収差分布がゼルニケ級数で与えられると共に、前記デフォーカス距離算出部は、NAを前記光学系の開口数、λを前記光の波長として、前記ゼルニケ級数のZ3成分Z3とデフォーカス距離Dとの関係式
D=(Z3×15λ)/2πC3
ただし、
よりデフォーカス距離Dを算出することにより、より効果的に達成される。
更に、本発明は光学系の合焦システムに関し、本発明の上記目的は、光を照射する光源と、前記光が透過する光学系と、前記光学系を透過した光を撮像して得られたデータから前記光の収差を解析する収差解析部と、前記収差解析部によって得られる収差分布からデフォーカス距離Dを算出するデフォーカス距離算出部と、前記デフォーカス距離Dに基づいて前記光学系を焦点位置に移動させる駆動制御部とで構成され、前記デフォーカス距離算出部は、前記収差分布と球面波分布とから最小2乗問題の目的関数を定式化し、前記最小2乗問題を解いてデフォーカス距離Dを決定することにより達成され、前記光の波長をλ、前記光学系の開口数をNAとし、前記収差分布がs(r,θ)であり、前記球面波分布が
更に、本発明は光学系の合焦システムに関し、本発明の上記目的は、光を照射する光源と、前記光が透過する光学系と、前記光学系を透過した光を撮像して得られたデータから前記光の収差を解析する収差解析部と、前記収差解析部によって得られる収差分布からデフォーカス距離Dを算出するデフォーカス距離算出部と、前記デフォーカス距離Dに基づいて前記光学系を焦点位置に移動させる駆動制御部とで構成され、前記デフォーカス距離算出部は、前記収差分布と球面波分布とから最小2乗問題の目的関数を定式化し、前記最小2乗問題を解いてデフォーカス距離Dを決定することにより達成され、前記光の波長をλ、前記光学系の開口数をNAとし、前記収差分布がs(r,θ)であり、前記球面波分布が
を定式化して前記最小2乗問題を解くことにより、或いは前記収差解析部は、1つのデフォーカス位置又は2つのデフォーカス位置のスポット像を解析することによって収差を解析するようになっていることにより、或いは前記収差解析部は、1つのデフォーカス位置又は2つのデフォーカス位置の像から位相回復法によって収差を解析するようになっていることにより、或いは前記収差解析部は、干渉計を用いることによって収差を解析するようになっていることにより、或いは前記収差解析部は、シャックハートマンセンサを用いることによって収差を解析するようになっていることにより、或いは前記収差解析部は、前記光学系を透過した光をビームスプリッタで光1及び光2に分離し、前記光1はデフォーカス光学系を透過し撮像素子1で撮像され、前記光2は撮像素子2で撮像されるようにすることによって、前記2つのデフォーカス位置のスポット像を同時に撮像するようになっていることにより、より効果的に達成される。
本発明に係る合焦方法及び合焦システムによれば、少ない数の像から焦点位置を同定できるので、速い速度での合焦が可能である。具体的には、1μmのレンジに対し、コントラスト検出方式で100回の撮像により達成される精度を、本発明による合焦方法及び合焦システムでは2回の撮像で達成でき、従来のコントラスト検出方式に比べて非常に速い合焦速度が達成できる。
また、特別な合焦検出系を配置する必要がなく、安価で簡易なシステムによって焦点検出を行い、合焦を行うことが可能である。
なお、本発明に係る合焦方法及び合焦システムは、リアルタイム性が要求される製品検査等に好適に用いることができる。
本発明に係る合焦方法及び合焦システムでは、光源から照射され、1又は複数のレンズから成る光学系を透過した光のスポットや線等の形状の像の収差解析を行い、光波の波面形状からデフォーカス距離Dを算出し、算出されたデフォーカス距離Dに基づいて光学系を焦点位置に移動させるようにする。そのため、安価で簡易なシステムで、少ない像の撮像によって速い速度での焦点検出及び合焦を行うことができる。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
本発明に係る合焦システムは図1のように構成される。即ち、光源1から光L1が照射され、光L1は1又は複数のレンズから成る光学系2を透過する。光学系2を透過した光L2は、収差解析部3で撮像され、撮像によって得られたデータから光L2の収差が解析される。デフォーカス距離算出部4では、収差解析部3において解析された収差からデフォーカス距離Dを算出する。移動制御部5は、デフォーカス距離算出部4で算出されたデフォーカス距離Dに基づいて光学系2を焦点位置に移動させるように移動駆動部6を制御し、移動制御部5の制御に基づいて移動駆動部6は光学系2を焦点位置に移動させるようになっている。
図2は、収差解析部3で、光のスポット像の収差分布を得る手順例を示すフローチャートである。先ず、光源1から光L1が照射され、光学系2を透過した光L2のスポット像を撮像素子で撮像し、撮像によって得られたデータからスポット像の強度分布|f|を計測する(ステップS11)。r及びθを曲座標とすると、光L2のスポット像の収差分布は下記数1で表される。
(数1)
s(r,θ)
次に、上記数1で表される収差分布のゼルニケ(Zernike)係数{z}を仮定し(ステップS12)、スポット像のモデル強度分布|F({z})|を構築する(ステップS13)。
そして、スポット像の強度分布|f|とモデル強度分布|F({z})|の残差を算出し(ステップS14)、残差が許容範囲であるかかどうかを判定する(ステップS15)。残差が許容範囲を超える場合、非線形最適化法の目的関数
(数1)
s(r,θ)
次に、上記数1で表される収差分布のゼルニケ(Zernike)係数{z}を仮定し(ステップS12)、スポット像のモデル強度分布|F({z})|を構築する(ステップS13)。
そして、スポット像の強度分布|f|とモデル強度分布|F({z})|の残差を算出し(ステップS14)、残差が許容範囲であるかかどうかを判定する(ステップS15)。残差が許容範囲を超える場合、非線形最適化法の目的関数
一方、上記ステップS15において残差が許容範囲内の場合、モデル強度分布|F({z})|から数1で示される収差分布s(r,θ)が得られ(ステップS17)、収差解析部3における収差の解析が終了する。
なお、図2の例では、1つのデフォーカス位置のスポット像から収差を解析するようにしているが、2つのデフォーカス位置のスポット像から収差を解析するようにしても良い。
次に、デフォーカス距離算出部4におけるデフォーカス距離Dの算出方法について説明する。先ず、光学系2の2以上の複数の位置
(数3)
x(i) (1≦i≦n,n≧2)
で収差解析を行い、光学系2の位置x(i)における収差分布s(r,θ;i)を求める。収差分布s(r,θ;i)はゼルニケ級数で与えられており、ゼルニケ級数から、光学系2の位置x(i)におけるゼルニケ係数のz3成分(r2の成分)であるZ3(i)を抽出する。焦点位置をx0とすると、デフォーカス距離Dは下記数4で与えられる。
(数4)
D(i)=x(i)−x0
デフォーカス距離D(i)とゼルニケ係数のz3成分であるZ3(i)には、αを係数として下記数5の比例関係が成り立つ。
(数5)
D(i)= α・Z3(i)
上記数4及び数5より、下記数6の関係が得られる。
(数6)
x(i)−x0 = α・Z3(i) (1≦i≦n,n≧2)
数6の関係から、最小2乗法などの線形回帰を行うことにより、係数α及び焦点位置x0を決定することができる共に、数4によりデフォーカス距離D(i)を算出することができる。
(数3)
x(i) (1≦i≦n,n≧2)
で収差解析を行い、光学系2の位置x(i)における収差分布s(r,θ;i)を求める。収差分布s(r,θ;i)はゼルニケ級数で与えられており、ゼルニケ級数から、光学系2の位置x(i)におけるゼルニケ係数のz3成分(r2の成分)であるZ3(i)を抽出する。焦点位置をx0とすると、デフォーカス距離Dは下記数4で与えられる。
(数4)
D(i)=x(i)−x0
デフォーカス距離D(i)とゼルニケ係数のz3成分であるZ3(i)には、αを係数として下記数5の比例関係が成り立つ。
(数5)
D(i)= α・Z3(i)
上記数4及び数5より、下記数6の関係が得られる。
(数6)
x(i)−x0 = α・Z3(i) (1≦i≦n,n≧2)
数6の関係から、最小2乗法などの線形回帰を行うことにより、係数α及び焦点位置x0を決定することができる共に、数4によりデフォーカス距離D(i)を算出することができる。
デフォーカス距離D(i)若しくは焦点位置x0に基づいて、移動制御部5は光学系2を焦点位置に移動させるように移動駆動部6を制御し、移動駆動部6は移動制御部5の制御に基づいて光学系2を焦点位置に移動させることによって、合焦システムの合焦動作が完了する。
次に、デフォーカス距離算出部4におけるデフォーカス距離Dの別の算出方法について説明する。
光学系2のデフォーカス位置において収差解析部3で収差解析を行い、得られた収差分布s(r,θ)からゼルニケ係数のz3成分であるz3成分Z3を抽出する。z3成分Z3とデフォーカス距離Dとの間には、下記の数7で与えられる関係式が成り立つ。
(数7)
D=(Z3×15λ)/2πC3
ここで、λは光源1から照射される光L1の波長であり、C3は下記数8で与えられる。
光学系2のデフォーカス位置において収差解析部3で収差解析を行い、得られた収差分布s(r,θ)からゼルニケ係数のz3成分であるz3成分Z3を抽出する。z3成分Z3とデフォーカス距離Dとの間には、下記の数7で与えられる関係式が成り立つ。
(数7)
D=(Z3×15λ)/2πC3
ここで、λは光源1から照射される光L1の波長であり、C3は下記数8で与えられる。
このようにして算出されたデフォーカス距離Dに基づいて、移動制御部5は光学系2を焦点位置に移動させるように移動駆動部6を制御し、移動駆動部6は移動制御部5の制御に基づいて光学系2を焦点位置に移動させることによって、合焦システムの合焦動作が完了する。
次に、デフォーカス距離算出部4におけるデフォーカス距離Dの更に別の算出方法について説明する。
光学系2のデフォーカス位置において、収差解析部3で収差解析を行い、収差分布s(r,θ)を得る。得られた収差分布s(r,θ)と、下記数9で示される球面波分布h(r,θ)とから、下記数10で与えられる最小2乗問題の目的関数を定式化する。
光学系2のデフォーカス位置において、収差解析部3で収差解析を行い、収差分布s(r,θ)を得る。得られた収差分布s(r,θ)と、下記数9で示される球面波分布h(r,θ)とから、下記数10で与えられる最小2乗問題の目的関数を定式化する。
収差解析部3で収差を解析する際、2つのデフォーカス位置のスポット像から収差を解析する場合、収差解析部3を図3に示すように構成することによって、2つのデフォーカス位置のスポット像を同時に撮像して、収差解析を行うようにすることができる。
即ち、収差解析部3は、光源1から照射された光L2を光学系2を透過させ、光学系2を透過した光L2を2つの光L2A及びL2Bに分離するためのビームスプリッタ31を具備している。ビームスプリッタ31で分離された光L2Aのデフォーカス距離をずらすためにデフォーカス光学系32が配置され、デフォーカス光学系32を透過した光L2CはCCD等で成る撮像素子33Aで受光される。ビームスプリッタ31で分離されたもう一方の光L2Bは、CCD等で成る撮像素子33Bで受光される。撮像素子33A及び撮像素子33Bで得られたデータは解析部34に入力され、スポット像の収差が解析される。
スポット像を観察する代表的な例としては、DVDピックアップから照射されるレーザの焦点の観察や粒子等の微小散乱体の観察がある。
本発明に係る合焦システムを顕微鏡に適用した場合、スライドグラスや金属面等の観察面を対物レンズの焦点に合焦する必要がある。この場合、予め補助的にスポット光を観察面に照射し、観察面で反射されたスポット光の鏡像を収差解析するようにする。そして、収差解析の結果に基づいて焦点位置を検出する。スポット光と対物レンズの焦点の位置関係若しくはスポット光と観察面の位置関係が既知であれば、対物レンズの焦点と観察面の位置関係を知ることができ、対物レンズの焦点と観察面とを合焦することができる。
解析部34での収差解析の手順は、図2のフローチャートに示される手順で行われるが、図2のフローチャートに示される収差解析の手順は、収差解析部3で光のスポット像を解析することによって収差解析を行うようにした場合の収差解析の手順例である。本発明に係る合焦システムでは、収差解析部3における収差解析方法は、スポット像解析による収差解析方法に限定されるものではない。
例えば、収差解析部3での収差解析方法として、位相回復法を採用しても良い。この場合、撮像素子で撮像する像はスポット像又は平行光の像である。位相回復法での収差解析には、2つのデフォーカス位置における像が必要になり、これらの像を同時に得るために収差解析部3を図3に示されるような構成にしても良い。
その他、収差解析部3での収差解析方法として、シャックハートマンセンサを用いる方法を採用した場合は、レンズアレイセンサを通した後の像を撮像素子で受光するようにする。また、収差解析部3での収差解析方法として、干渉計を用いる方法を採用した場合、干渉させた干渉縞の像を撮像素子で受光するようにする。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
1 光源
2 光学系
3 収差解析部
4 デフォーカス距離算出部
5 移動制御部
6 移動駆動部
31 ビームスプリッタ
32 デフォーカス光学系
33A、33B 撮像素子
34 解析部
2 光学系
3 収差解析部
4 デフォーカス距離算出部
5 移動制御部
6 移動駆動部
31 ビームスプリッタ
32 デフォーカス光学系
33A、33B 撮像素子
34 解析部
Claims (25)
- 光学系の焦点位置を検出して焦点を合わせる合焦方法であって、画像中に存在する像に対して収差解析を行い、光波の波面形状に基づいてデフォーカス量を計算し、前記デフォーカス量に基づいて前記光学系を合焦させることを特徴とする合焦方法。
- 前記収差解析がスポット像解析、位相回復法、シャックハートマンセンサを用いる方法若しくは干渉計を用いる方法である請求項1に記載の合焦方法。
- 光学系を透過した光を撮像して得られたデータから前記光の収差を解析する収差解析ステップと、前記収差解析ステップの解析収差からデフォーカス距離Dを算出するデフォーカス距離算出ステップと、前記デフォーカス距離Dに基づいて前記光学系を焦点位置に移動させる移動ステップとを備えたことを特徴とする合焦方法。
- 前記収差解析ステップで解析される収差分布がゼルニケ級数で与えられると共に、前記光学系の2以上の複数位置で前記収差を解析するようにし、前記デフォーカス距離算出ステップは、前記複数位置と、前記複数位置のそれぞれに対する前記ゼルニケ級数のZ3成分とが比例関係にあることに基づいて線形回帰をすることによって前記デフォーカス距離Dを算出するようになっている請求項3に記載の合焦方法。
- 光学系を透過した光を撮像して得られたデータから前記光の収差を解析する収差解析ステップと、前記収差解析ステップによって得られる収差分布からデフォーカス距離Dを算出するデフォーカス距離算出ステップと、前記デフォーカス距離Dに基づいて前記光学系を焦点位置に移動させる駆動制御ステップとで構成され、前記デフォーカス距離算出ステップは、前記収差分布と球面波分布とから最小2乗問題の目的関数を定式化し、前記最小2乗問題を解いてデフォーカス距離Dを決定することを特徴とする合焦方法。
- 前記収差解析ステップは、1つのデフォーカス位置又は2つのデフォーカス位置のスポット像を解析することによって収差を解析するようになっている請求項3乃至7のいずれかに記載の合焦方法。
- 前記収差解析ステップは、1つのデフォーカス位置又は2つのデフォーカス位置の像から位相回復法によって収差を解析するようになっている請求項3乃至7のいずれかに記載の合焦方法。
- 前記収差解析ステップは、干渉計を用いることによって収差を解析するようになっている請求項3乃至7のいずれかに記載の合焦方法。
- 前記収差解析ステップは、シャックハートマンセンサを用いることによって収差を解析するようになっている請求項3乃至7のいずれかに記載の合焦方法。
- 前記収差解析ステップは、前記光学系を透過した光をビームスプリッタで光1及び光2に分離し、前記光1はデフォーカス光学系を透過し撮像素子1で撮像され、前記光2は撮像素子2で撮像されるようにすることによって、前記2つのデフォーカス位置のスポット像を同時に撮像するようになっている請求項3乃至11のいずれかに記載の合焦方法。
- 光学系の焦点位置を検出して焦点を合わせる合焦システムにおいて、画像中に存在する像に対して収差解析を行い、光波の波面形状に基づいてデフォーカス量を計算し、前記デフォーカス量に基づいて前記光学系を合焦させることを特徴とする合焦システム。
- 前記像がスポットや線等の単純形状である請求項13に記載の合焦システム。
- 前記収差解析がスポット像解析、位相回復法、シャックハートマンセンサを用いる方法若しくは干渉計を用いる方法である請求項13又は14に記載の合焦システム。
- 光を照射する光源と、前記光が透過する光学系と、前記光学系を透過した光を撮像して得られたデータから前記光の収差を解析する収差解析部と、前記収差解析部の解析収差からデフォーカス距離Dを算出するデフォーカス距離算出部と、前記デフォーカス距離Dに基づいて前記光学系を焦点位置に移動させる駆動制御部とで構成されたことを特徴とする合焦システム。
- 前記収差解析部で解析される収差分布がゼルニケ級数で与えられると共に、前記光学系の2以上の複数位置で前記収差を解析するようにし、前記デフォーカス距離算出部は、前記複数位置と、前記複数位置のそれぞれに対する前記ゼルニケ級数のZ3成分とが比例関係にあることに基づいて線形回帰をすることによって前記デフォーカス距離Dを算出するようになっている請求項16に記載の合焦システム。
- 光を照射する光源と、前記光が透過する光学系と、前記光学系を透過した光を撮像して得られたデータから前記光の収差を解析する収差解析部と、前記収差解析部によって得られる収差分布からデフォーカス距離Dを算出するデフォーカス距離算出部と、前記デフォーカス距離Dに基づいて前記光学系を焦点位置に移動させる駆動制御部とで構成され、前記デフォーカス距離算出部は、前記収差分布と球面波分布とから最小2乗問題の目的関数を定式化し、前記最小2乗問題を解いてデフォーカス距離Dを決定することを特徴とする合焦システム。
- 前記収差解析部は、1つのデフォーカス位置又は2つのデフォーカス位置のスポット像を解析することによって収差を解析するようになっている請求項16乃至20のいずれかに記載の合焦システム。
- 前記収差解析部は、1つのデフォーカス位置又は2つのデフォーカス位置の像から位相回復法によって収差を解析するようになっている請求項16乃至20のいずれかに記載の合焦システム。
- 前記収差解析部は、干渉計を用いることによって収差を解析するようになっている請求項16乃至20のいずれかに記載の合焦システム。
- 前記収差解析部は、シャックハートマンセンサを用いることによって収差を解析するようになっている請求項16乃至20のいずれかに記載の合焦システム。
- 前記収差解析部は、前記光学系を透過した光をビームスプリッタで光1及び光2に分離し、前記光1はデフォーカス光学系を透過し撮像素子1で撮像され、前記光2は撮像素子2で撮像されるようにすることによって、前記2つのデフォーカス位置のスポット像を同時に撮像するようになっている請求項16乃至24のいずれかに記載の合焦システム。
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---|---|---|---|
JP2007198868A JP2009036824A (ja) | 2007-07-31 | 2007-07-31 | 合焦方法及び合焦システム |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101274032B1 (ko) * | 2012-12-03 | 2013-06-12 | 국방과학연구소 | 전자광학 영상장비 자동초점 조절 장치 및 이를 이용한 자동초점 조절방법 |
JP2020060470A (ja) * | 2018-10-11 | 2020-04-16 | キヤノン株式会社 | 収差推定方法、収差推定装置、プログラムおよび記録媒体 |
-
2007
- 2007-07-31 JP JP2007198868A patent/JP2009036824A/ja active Pending
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