JP3454635B2 - 自動合焦装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡写真等に組
み付けられる自動合焦装置に関するものである。更に詳
しくは、金属表面等に対して的確に焦点合わせを行なう
ことのできる金属顕微鏡等に組み込むのに適した自動合
焦装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】顕微鏡システム等に取付けられている自
動合焦装置としては、コントラスト検出方法を採用した
ものが知られている。この方式の自動合焦装置は、顕微
鏡光学系および撮像素子を介して入力される被検体の映
像信号から画像のコントラストを検出し、検出したコン
トラストが最大となるように合焦制御を行なっている。
すなわち、顕微鏡光学系の近点から遠点までの間の映像
信号に含まれる画像のコントラストを表す高周波成分の
値、あるいはその積分値を求め、これらの値が最大とな
るように顕微鏡光学系を駆動制御して焦点合わせを行な
っている。例えば、顕微鏡ステージを走査して焦点合わ
せを行なっている。このような自動合焦装置は、例え
ば、本願人により特開昭６２−６０３６９号公報、同６
３−２５３７７３号公報に開示されている。 【０００３】図１２には従来の自動合焦装置の概略構成
を示してある。自動合焦装置９０は、レンズ光学系９１
およびＣＣＤ等の撮像素子９２からなるカメラ９３を介
して得られる被写体９４の映像信号から高周波成分を抽
出する抽出部９５と、ここで抽出された高周波成分の強
度に基づき焦点位置を検出する検出部９６を備えてお
り、検出部９６で検出された合焦位置となるように光学
系９１のフォーカスレンズを移動させるようになってい
る。 【０００４】高周波成分の抽出対象となる映像信号は、
カメラ画面の中の予め設定されたフォーカス領域、ある
いは任意に設定したフォーカス領域の画像を形成してい
る部分である。高周波成分の抽出は、所定の特性を備え
たハイパスフィルタを用いて行なわれる。抽出された高
周波成分は、図１２の特性曲線Ｃで示すように、光学系
を遠点から近点に移動させると、その焦点位置Ｆにおい
て最大値Ｐとなる。したがって、検出部９２では、この
高周波成分が最大となる位置を検出し、この位置となる
ようにフォーカスレンズを移動させている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】ここで、この形式の自
動合焦装置を搭載可能な光学装置としては、金属の表面
を観察する金属顕微鏡システムがある。しかし、金属顕
微鏡システムにおいては、設定される照明系の絞り値と
対物レンズのＮＡ値の組み合わせによっては、従来のコ
ントラスト検出方式の自動合焦装置を用いて焦点位置を
検出できない場合がある。 【０００６】すなわち、図１３に示すように、照明系の
絞り値が対物レンズのＮＡ値よりも大きい場合には、映
像信号から高周波成分を抽出して得られるコントラスト
カーブＣ１には山の部分ａが一つ現れ、そのピーク位置
が焦点位置に一致している。しかるに、照明系の絞り値
が対物レンズのＮＡ値よりも小さい場合には、映像信号
から高周波成分を抽出して得られるコントラストカーブ
Ｃ２に山が複数現れる場合がある。この場合、それぞれ
の山状の部分ｂ、ｃのピーク値の位置Ｐ（ｂ）、Ｐ
（ｃ）は、いずれも焦点位置Ｆとは異なるものである。
顕微鏡光学系をコントラストカーブＣ２の一つの山の部
分のピーク値の位置に合わせると、それによって得られ
る像は、金属の光沢面が強調され、暗視野で金属表面を
観察した場合のような像となる。 【０００７】このような現象が現れる原因は、照明系の
絞り値が対物レンズのＮＡ値よりも小さい場合にはレン
ズのＭＴＦ特性が高周波数域において低下するためであ
ると考えられる。すなわち、図１４に示すように、照明
系の絞り値が対物レンズのＮＡ値よりも大きい場合に得
られるＭＴＦ特性曲線Ｃ３に比べて、照明系の絞り値が
対物レンズのＮＡ値よりも小さい場合には、曲線Ｃ４で
示すように、レンズのＭＴＦ特性が高周波数域において
低下している。 【０００８】なお、写真撮影において、遠景を撮る場合
に、少しぼけた状態で撮影することにより、低域を強調
して、見掛け上コントラストを強くする手法があるが、
この手法も上記の現象を利用したものである。 【０００９】本発明の課題は、このような点に鑑みて、
照明系の絞り値が対物レンズのＮＡ値よりも小さな顕微
鏡システムにおいても的確な焦点合わせを行なうことの
できる自動合焦装置を実現することにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、照明系の絞り値が対物レンズのＮＡ値
よりも小さな顕微鏡システムのレンズ光学系を所定の範
囲に渡って走査し、当該レンズ光学系および撮像素子を
介して入力される被写体の映像信号から焦点位置を検出
する自動合焦装置において、前記映像信号に基づき、被
写体画像の複雑度が最も高くなる位置を、前記レンズ光
学系の焦点位置として検出するようにしている。 【００１１】被写体映像の複雑度は、例えば、前記映像
信号の増減の変化が正負に切り換わる回数を計数するこ
とにより検出できる。 【００１２】すなわち、前記映像信号と該映像信号を所
定の遅延量だけ遅延させた信号との引き算により前記映
像信号の変曲点を求めるための第１の引算回路と、前記
映像信号と該映像信号を前記遅延量より大きな遅延量だ
け遅延させた信号との引き算により前記映像信号の変化
量を求めるための第２の引算回路とを設ける。 【００１３】そして、前記レンズ光学系を走査したとき
に、前記第２の引算回路を介して求めた前記映像信号の
変化量が検出範囲設定用に予め定めた所定のレベル以上
の範囲において、前記第１の引算回路を介して求めた前
記変曲点の個数が最大となる被写体映像が得られた位置
を前記レンズ光学系の焦点位置として検出すればよい。 【００１４】このように構成した本発明の自動合焦装置
は、映像の複雑度に基づき、焦点位置を検出しているの
で、映像のコントラストカーブに山が複数現れてしまう
ような場合においても精度良く焦点位置を検出して、焦
点合わせ動作を行なうことができる。例えば、照明系の
絞り値がレンズのＮＡ値よりも小さくなるように設定し
た場合に、精度良く焦点位置を検出できる。特に、本発
明は、表面が光沢面となっている金属を被検体とする金
属顕微鏡の自動合焦装置として使用するのに適してい
る。 【００１５】 【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明を
適用した自動合焦装置を説明する。 【００１６】図１には、本発明の自動合焦装置が組み込
まれた金属顕微鏡システムの構成を示してある。金属顕
微鏡システム１は、金属顕微鏡本体２と自動合焦装置７
から構成されている。金属顕微鏡本体２は、被検体４が
載置された移動ステージ３と、この移動ステージ３を移
動させるステージ駆動機構９と、被検体４の拡大画像を
形成する顕微鏡光学系５と、被検体４を照明するための
照明光学系６を備えている。 【００１７】照明光学系６は、光源６ａからの照明光を
集光レンズ６ｂおよび絞り６ｃを介して顕微鏡光学系５
に向けて出射する。顕微鏡光学系５では、照明光学系６
からの照明光を用いて、ハーフミラー５ａおよび対物レ
ンズ５ｂを介してステージ３の上の被検体４を照明す
る。顕微鏡光学系５は、被検体４の反射光像を対物レン
ズ５ｂおよびハーフミラー５ａを介してリレーレンズ５
ｃに導く。更に、このリレーレンズ５ｃを介して自動合
焦装置７の側の撮像素子８の受光面に結像させる。 【００１８】撮像素子８は、受光した被検体４の光像を
光電変換して、映像信号として自動合焦装置７の本体側
に向けて供給する。自動合焦装置７では、このようにし
て顕微鏡光学系５を介して撮像素子８で得られた映像信
号に基づき、顕微鏡光学系５の焦点合わせを行なう。す
なわち、ステージ駆動機構９を用いてステージ３を予め
定めた範囲に渡って光軸１ａの方向に移動させることに
より、同一被検体４の映像信号を読み取る。読み取った
映像信号に基づき、顕微鏡光学系５の合焦状態が得られ
るステージ３の位置を求め、ステージ３がこの位置とな
るようにステージ駆動機構９を制御する。 【００１９】本例の自動合焦装置７は、映像信号に基づ
き被検体の画像の変化している程度、すなわち画像の複
雑度を検出し、その最大位置が焦点位置であると判別す
るようにしている。画像の複雑度を検出する方法として
は以下の２つの方法を挙げることができる。 （１）映像信号を微分し、その微分値の変曲点を計数
し、計数値が最大となる画像が得られるステージ３の位
置を焦点位置であると判定する方法 （２）映像信号を、ハイパスフィルタあるいはバンドパ
スフィルタを通過させることにより、映像信号から高周
波成分を抽出し、抽出した高周波成分の周波数を周波数
−電圧変換した値が最大となる画像が得られるステージ
３の位置を焦点位置であると判定する方法 【００２０】図２（Ａ）および（Ｂ）は、これらの方法
を実現するための機能ブロック図を示してある。図３
は、これらの方法による焦点位置検出動作の概要を説明
するための信号波形図である。これらの図を参照して、
上記の２つの方法による焦点位置検出動作の概要を説明
する。 【００２１】まず、本例において採用している上記の
（１）の方法（第１の方法）は、図２（Ａ）に示すよう
に、映像信号Ｓ１を撮像素子８を介して読み込む（ブロ
ック１１）。ステージ３を顕微鏡光学系５の焦点位置を
含む範囲に渡って走査（移動）した場合に、映像信号Ｓ
１としては図３（Ａ）に示すような信号が得られる。こ
こで、照明装置の絞り値が対物レンズのＮＡ値よりも小
さな金属顕微鏡システムにおいて、被写体が金属表面な
どの場合において、従来のようなコントラスト検出法に
より得られる画像のコントラストカーブＣ４は、図３
（Ｄ）のようになる。すなわち、焦点位置Ｆを挟み、前
焦点側および後焦点側において山が現れる形状になる。
その理由は、図１３および図１４を参照して説明したよ
うに、照明系の絞り値が対物レンズのＮＡ値よりも小さ
な場合にはレンズのＭＴＦ特性が高周波領域において低
下するので、本体の焦点位置における低下の方がその前
後における低下分より勝ってしまうことがあり、このよ
うな場合に、焦点位置の前後位置にコントラストピーク
が現れてしまうのであり、その様子を図３（Ｄ）には強
調して表してある。このため、図３（Ｄ）において、こ
れらの山の最大値が得られる位置Ｐ（ａ）、Ｐ（ｂ）は
焦点位置Ｆとは異なるものである。ここで、焦点位置Ｆ
では、わずかな山が現れることがあるが、照明装置の絞
り値が対物レンズのＮＡ値よりも小さな金属顕微鏡シス
テムにおいて、被写体が金属表面などの場合には、図３
（Ｄ）に示すように、両側の山に埋もれて焦点位置Ｆで
山が現れないこともある。 【００２２】本発明の上記の（１）の方法では、得られ
た映像信号Ｓ１を微分して（ブロック１２）、その値が
逆方向に切り換わる点（変曲点）を求め、その出現回数
を計数する（ブロック１３）。図３（Ｂ）には、映像信
号Ｓ１を微分した後に得られた変曲点位置およびその変
化方向を、矢印で示してある。次に、最大変曲点数が得
られるステージ位置を求める（ブロック１４）。求めた
ステージ位置が焦点位置であるとして、ステージ３をそ
の位置に移動する（ブロック１５）。 【００２３】これに対して、参考例として示す、上記の
（２）の方法（第２の方法）は、図２（Ｂ）に示すよう
に、映像信号Ｓ１を読み込み（ブロック２１）、この映
像信号Ｓ１をハイパスフィルタあるいはバンドパスフィ
ルタに通して、高周波成分のみを抽出する（ブロック２
２）。次に、得られた高周波成分の周波数を検出する
（ブロック２３）。図３（Ｃ）には得られた周波数を示
してある。しかる後に、周波数を周波数−電圧変換した
値が最大となるステージ位置を求める（ブロック２
４）。最後に、この位置を焦点位置であるとして、ステ
ージ３をその位置となるように移動する（ブロック２
５）。 【００２４】（第１の方法を採用した自動合焦装置） 図４には第１の方法を採用した本例の自動合焦装置７の
概略構成を示してある。自動合焦装置７に供給された映
像信号Ｓ１は、まず、Ａ／Ｄ変換回路７１によって例え
ば８ビット長のデジタル信号に変換される。なお、映像
信号Ｓ１は同期分離回路７２にも供給され、水平同期信
号Ｈ．ＳＹＳおよび垂直同期信号Ｖ．ＳＹＣが分離され
る。また、装置の各動作は、クロック発生回路７３によ
って生成される基準クロックＣＬＫに基づき行なわれ
る。 【００２５】デジタル化された映像信号Ｓ２は、第１の
データ遅延回路７４および第２のデータ遅延回路７５に
供給される。これらの遅延回路による遅延量、すなわ
ち、何クロック分遅延させるのかは、それぞれ、第１の
遅延量設定回路７６、第２の遅延量設定回路７７により
制御される。第１のデータ遅延回路７４によるデータ遅
延量は、第２のデータ遅延回路７５によるデータ遅延量
よりも相対的に小さくなるように設定されている。 【００２６】映像信号Ｓ２および、第１のデータ遅延回
路７４によって設定クロック分だけ遅延された映像信号
Ｓ３は、第１の引算回路７８に供給される。この第１の
引算回路７８では、現時点で供給される映像信号Ｓ２
と、それよりも設置遅延量だけ前に取り込まれた映像信
号Ｓ３との間で引算を行なう。そして、引算結果が負の
値となった場合には、当該第１の引算回路７８からキャ
リー信号Ｓ５が出力されるのに対して、引算結果が負で
ない場合には、キャリー信号Ｓ５が出力されないので、
キャリー信号Ｓ５が出力されている状態からキャリー信
号Ｓ５が出力されなくなるタイミングを監視すれば、映
像信号においてその変化方向が正から負、あるいは負か
ら正に切り換わる時点が検出される。すなわち、図５
（Ａ）に示すような映像信号Ｓ１が供給された場合に
は、引算回路７８の出力は図５（Ｂ）に示すように、映
像信号Ｓ１の変曲点に対応してオンオフに切り換わるパ
ルス出力となる。 【００２７】キャリー信号Ｓ５は、フィルタ回路８１に
供給され、ここでノイズが除去される。除去すべきノイ
ズレベルはフィルタ係数設定回路８２によって設定する
ことができる。ノイズが除去された後のキャリー信号Ｓ
６はカウンタ８２に供給される。カウンタ８２では、キ
ャリー信号Ｓ６の立ち上がり、立ち下がりのエッジを計
数して、映像信号Ｓ１に含まれる変曲点数を算出する。 【００２８】ここで、本例では第２の引算回路７９を備
えており、この引算回路７９には、デジタル化された後
の映像信号Ｓ２と、第２の遅延回路７５によって設定ク
ロック分だけ遅延された映像信号Ｓ４が供給される。こ
の第２の引算回路７９では、これらの信号の引算が行な
われる。引算結果は、絶対値算出回路８３に供給されて
絶対値とされ、２値化回路８４に供給されて、設定レベ
ルを用いて２値化される。２値化のための設定レベルは
２値化レベル設定回路８５によって設定可能となってい
る。このようにして得られた２値化信号Ｓ７に基づき、
検出範囲設定回路８６では、カウンタ８２において計数
されるキャリー信号Ｓ６の範囲を設定する。 【００２９】すなわち、２値化信号Ｓ７おいては、その
レベルが「１」の場合は画像に有効な変化量が含まれて
いることを示している。逆に、そのレベルが「０」の場
合は画像に有効な変化量が含まれていないことを示して
いる。検出範囲設定回路８６では、予め設定したレベル
に達しない程度しか、映像信号が変化しない範囲では、
その変曲点の計数をキャンセルするようにしている。こ
の結果、カウンタ８２においては、一定のレベル以上に
映像信号が変化した部分における変曲点の数が計数され
る。 【００３０】このように、本例では映像信号Ｓ１の変化
が少ない領域においては、映像信号の変化の変曲点の数
を計数しないようにしている。この処理を行なう理由は
次の通りである。図６（Ａ）に示すように、焦点位置近
傍においては全体的に映像信号Ｓ１のコントラストが高
い。これに対して、焦点位置から外れた位置で得られる
画像は大きくぼけているので、図６（Ｂ）に示すよう
に、その映像信号Ｓ１’のコントラストは全体として小
さい。このため、映像信号Ｓ１’に含まれているノイズ
のレベルが相対的に大きくなる。 【００３１】第１の引算回路７８を介して得られる変曲
点は、高コントラストの映像信号Ｓ１の場合には、図６
（Ｃ）に示すように、映像信号自体の変化の変曲点に対
応している。しかし、低コントラストの映像信号Ｓ１’
の場合には、図６（Ｄ）に示すように、映像信号自体の
変化の変曲点と共に、映像信号に乗っているノイズに起
因する変曲点も拾ってしまう。この結果、高コントラス
トの映像信号Ｓ１の場合には、焦点位置で得られる映像
信号の変曲点数が最大となるが、低コントラストの映像
信号Ｓ１’の場合には、図７（Ｂ）に示すように、焦点
位置で得られる変曲点数よりも、遠点側および近点側に
おいて、それよりも変曲点数が多くなってしまう。これ
では正確な焦点位置を検出できない。 【００３２】そこで、本例では、第２の引算回路７９を
用いて、第１の引算回路７８よりも広い時間幅での映像
信号の変化量を算出し、算出した変化量の絶対値が予め
設定したレベルよりも小さい場合には、その範囲の映像
信号の変曲点を計数しないようにしている。すなわち、
図６（Ｅ）に示すように、高コントラストの映像信号Ｓ
１の場合には、第２の引算回路７９および絶対値検出回
路８３を介して得られる映像信号の変化量の絶対値は予
め設定したレベルよりも大きくなる。このため、検出範
囲設定回路８６からは、図６（Ｇ）に示すように、変曲
点数を計数すべき領域である旨を示す「１」レベルの信
号が出力される。 【００３３】これに対して、低コントラストの映像信号
Ｓ１’の場合には、第２の引算回路７９および絶対値検
出回路８３を介して得られる映像信号の変化量の絶対値
は予め設定したレベルよりも小さくなる。このため、検
出範囲設定回路８６からは、図６（Ｈ）に示すように、
変曲点数の計数をキャンセルすべき領域である旨を示す
「０」レベルの信号が出力される。 【００３４】このように低コントラストの映像信号が入
力される場合には、算出された変曲点は計数対象から外
される。従って、このような映像信号に含まれるノイズ
に起因する変曲点を計数してしまうことがない。よっ
て、第１の引算回路７９のみでは、図７（Ｂ）に示すよ
うな変曲点数が求まってしまうような場合でも、ノイズ
の影響を除去して、図７（Ａ）に示すように、映像信号
の変化に基づく変曲点数のみを計数できるので、焦点位
置を正確に検出することができる。 【００３５】再び、図４を参照して説明する。上記のよ
うにして、映像信号Ｓ１の変化の変曲点のみがカウンタ
８２において計数される。計数値は、データラッチ回路
８７においてラッチされる。データラッチ回路８７は、
１フィールド分の映像信号から検出された変曲点数をラ
ッチし、１フィールド分毎に、所定のタイミングで、Ｃ
ＰＵシステム９０に供給する。ＣＰＵシステム９０は、
ステージ駆動機構９のドライバ９１を駆動制御して、ス
テージ３を光軸１ａの方向に移動させる。そして、ステ
ージ３を移動させながら、上記のように被検体４の映像
信号を取り込む。また、一定の範囲に渡ってステージ３
を移動して、各位置における映像信号の変曲点数を計数
した後は、その最大位置を焦点位置であると判別して、
当該位置に向けてステージ３を移動する。この結果、顕
微鏡光学系５の焦点合わせが実現される。 【００３６】なお、本例の自動合焦装置７は、ウインド
ウ設定回路９２を備えている。このウインドウ設定回路
９２を用いて、映像信号の１フィールド分のうち、変曲
点数の計数対象の領域を設定することができる。勿論、
１フィールド分の映像信号が対象となるように設定する
こともできる。従って、上記のカウンタ８２では、１フ
ィールド内の映像信号から検出した変曲点のうち、検出
範囲設定回路８６によって設定される有効範囲内の変曲
点の数を計数することになる。 【００３７】ここで、映像信号のサンプリングのタイミ
ングは、ステージ駆動機構９の駆動源として使用される
ステッピングモータの駆動パルス数に基づき設定するこ
とができる。例えば、図８に示すように、駆動パルスの
２パルス毎に映像信号をサンプリングし、そこに含まれ
る変曲点数を計数する。また、この場合、ステージ３の
走査幅（移動範囲）は、サンプリング数として規定され
る。この図において実線の矢印で示すように、変曲点数
を設定された走査幅に渡って計数した後は、その最大値
が得られる位置に向けてステージ３を移動して、焦点合
わせが行なわれる。 【００３８】図９には、本例の自動合焦装置７のＣＰＵ
システム９０によって実現される動作フローを示してあ
る。この図に示すように、先ず初期設定を行い（ステッ
プＳＴ１）、次にウインドウ設定回路９２によるウイン
ドウを設定する（ステップＳＴ２）。この後は、映像信
号のサンプリング幅をステージ駆動機構９のステッピン
グモータ駆動パルスのパルス数Ｐで設定する（ステップ
ＳＴ３）。また、ステージ３の移動範囲Ｓを設定する
（ステップＳＴ４）。次に、ステージ３のスタート位置
を設定する（ステップＳＴ５）。 【００３９】この後は、自動合焦動作の指示入力を待つ
（ステップＳＴ６）。動作開始が入力されると、ステー
ジ３をスタート位置に移動する（ステップＳＴ７）。こ
の後は、駆動パルスを計数して、映像信号のサンプリン
グのタイミングであるか否かを判別し（ステップＳＴ
８、９）、サンプリングのタイミングで映像信号をサン
プリングする。サンプリングした１フィールド分の映像
信号に含まれる変曲点数が計数された後は、計数値を取
り込む（ステップＳＴ１０、１１、１２）。このサンプ
リングおよび変曲点の計数操作を、Ｓ回繰り返した後、
すなわち、ステージ３を設定範囲に渡って走査した後は
（ステップＳＴ１３）、計数された変曲点数を演算処理
して、その最大値および、それが得られたステージ位置
を求める（ステップＳＴ１４、１５）。求まった位置が
焦点位置である。しかる後に、駆動パルスを出力して、
ステージ駆動機構９を駆動して、求まった焦点位置にス
テー３を移動して、そこに位置決めする（ステップＳＴ
１６、１７）。 【００４０】（参考例：第２の方法を採用した自動合焦
装置） 次に、図１０には第２の方法を採用した自動合焦装置７
Ａを参考例として示してある。この方法による自動合焦
回路７Ａでは、映像信号Ｓ１を取込み、増幅回路１０１
を介して増幅した後に、第１および第２のバンドパスフ
ィルタ１０２、１０３に供給する。これに同時に、映像
信号を同期分離回路１０４に供給して、水平および垂直
同期信号を分離して、後段の各回路の動作制御のために
用いる。 【００４１】第１のバンドパスフィルタ１０２を介して
得られた映像信号Ｓ１の高周波成分は、Ｆ／Ｖ変換回路
１０５において周波数／電圧変換される。得られた電圧
値は次段のピークホールド回路１０６に供給される。第
１のバンドパスフィルタ１０２の中心周波数は、第２の
バンドパスフィルタ１０３の中心周波数に比べて高くな
るように設定されている。 【００４２】第２のバンドパスフィルタ１０３は、前述
した第１の方法による自動合焦装置７の第２の引算回路
７９と同様の役割を果たすものである。すなわち、映像
信号のうちノイズに影響を受けない程度にコントラスト
が高い部分を検出する。上記のように、第２のバンドパ
スフィルタ１０３の中心周波数は第１のバンドパスフィ
ルタ１０２の中心周波数よりも低く設定されている。従
って、バンドパスフィルタ１０２の出力範囲は、全て、
この第２のバンドパスフィルタ１０３の出力範囲に含ま
れる。 【００４３】第２のバンドパスフィルタ１０３の出力は
２値化回路１１１を介して２値化され、この回路１０７
の出力に基づき、映像信号におけるノイズの影響を受け
ない検出範囲が、検出エリア設定回路１０８によって設
定される。これと共に、前述の装置７の場合と同様に、
ウインドウ設定回路１０９によって、検出領域を設定可
能となっている。 【００４４】ピークホールド回路１０６では、図１１に
示すように、Ｆ／Ｖ変換回路１０５によって映像信号Ｓ
１の高周波成分を電圧変換することにより得られた信号
Ｓ１０から、そのピーク値をホールドする。フリップ・
フロップ１０７は垂直同期信号によりその状態が切り換
わる。 【００４５】ＣＰＵ１１０では、フリップ・フロップ１
０７の状態の切り換わりのタイミングで、映像信号の１
フォールド分毎の高周波成分のピーク値を、ピークホー
ルド回路１０６から受け入れる。ＣＰＵ１１０は、ステ
ージ駆動機構９のドライバ９１を駆動制御して、ステー
ジ３を光軸１ａの方向に移動させる。 【００４６】そして、ステージ３を移動させながら、上
記のように被検体４の映像信号を取り込む。また、一定
の範囲に渡ってステージ３を移動して、各位置における
映像信号の高周波成分のピーク値を求める。 【００４７】この後は、各ステージ位置において得られ
たピーク値を相互に比較して、そのうちの最大のピーク
値が得られたステージ位置を焦点位置であると判別し
て、当該位置に向けてステージ３を移動する。この結
果、顕微鏡光学系５の焦点合わせが実現される。 【００４８】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の自動合焦
装置では、得られる画像の複雑度に基づき焦点位置を検
出するようにしている。従って、従来のコントラスト検
出法によっては焦点位置を的確に検出できない場合のあ
る金属顕微鏡システム等に採用するのに適した自動合焦
装置を実現できる。 【００４９】また、照明系の絞り値を小さくすることに
よりレンズのＭＴＦが劣化した状態に設定されたレンズ
光学系を介して得られる画像に基づいても的確に焦点位
置の検出を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明を適用した自動合焦装置が組み込まれた
金属顕微鏡システムの構成例を示す概略構成図である。 【図２】本発明の自動合焦装置による焦点位置検出方法
を示す機能ブロック図である。 【図３】本発明の自動合焦装置による焦点位置検出動作
を説明するための信号波形図である。 【図４】図１の自動合焦装置の回路構成を示す概略ブロ
ック図である。 【図５】図４の装置における引算回路のキャリー出力を
映像信号と共に示す信号波形図である。 【図６】図４の装置における第２の引算回路を中心に構
成されるノイズ除去のための動作を説明するための信号
波形図である。 【図７】図４の装置における第２の引算回路を中心に構
成されるノイズ除去のための動作を説明するためのグラ
フである。 【図８】図４の装置による焦点合わせの動作を説明する
ためのグラフである。 【図９】図４の装置の動作フローを示すフローチャート
であ。 【図１０】自動合焦装置の参考例を示す概略ブロック図
である。 【図１１】図１０の装置のＦ／Ｖ変換回路の出力を映像
信号と共に示す信号波形図である。 【図１２】従来のコントラスト検出方法による自動合焦
装置を示す概略ブロック図である。 【図１３】従来の自動合焦装置における問題点を説明す
るためのグラフである。 【図１４】従来の自動合焦装置における問題点の原因を
説明するためのレンズのＭＴＦ特性を示すグラフであ
る。 【符号の説明】 １ 金属顕微鏡システム ２ 顕微鏡本体 ３ ステージ ４ 被検体 ５ 顕微鏡光学系 ６ 照明光学系 ７ 自動合焦装置

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 照明系の絞り値が対物レンズのＮＡ値よ
   りも小さな顕微鏡システムのレンズ光学系を所定の範囲
   に渡って走査し、当該レンズ光学系および撮像素子を介
   して入力される被写体の映像信号から焦点位置を検出す
   る自動合焦装置において、 前記映像信号と該映像信号を所定の遅延量だけ遅延させ
   た信号との引き算により前記映像信号の変曲点を求める
   ための第１の引算回路と、 前記映像信号と該映像信号を前記遅延量より大きな遅延
   量だけ遅延させた信号との引き算により前記映像信号の
   変化量を求めるための第２の引算回路と、 前記レンズ光学系を走査したときに、前記第２の引算回
   路を介して求めた前記映像信号の変化量が検出範囲設定
   用に予め定めた所定のレベル以上の範囲において、前記
   第１の引算回路を介して求めた前記変曲点の個数が最大
   となる被写体映像が得られた位置を前記レンズ光学系の
   焦点位置として検出することを特徴とする自動合焦装
   置。