JPH01122274A - 撮像装置 - 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】

〔概　要〕 自動焦点調節機能を有する撮像装置に関し、光学系によ
って定まる焦点深度以上の範囲にわたって焦点を合った
物体像を得ることができる撮像装置を提供することを目
的とし、 レンズからの光を該レンズの焦点深度ずつ順次異なる光
路長を有する複数の光路に分割する光路分割手段と、各
光路の出力光を電気信号に変換する複数の光電変換手段
と、各電気信号出力を微分する複数の微分手段と、各微
分手段のうち最大出力を発生するものを検出する最大値
検出手段と、最大出力に対応する光電変換手段の出力を
選択する選択手段と、選択された出力を１画面ごとに蓄
積する画像メモリとを具えて構成される。 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動焦点調節機能を有する撮像装置に関するも
のである。 自動焦点調節機能を有する撮像装置は、レンズと結像面
との距離を自動的に調節して焦点合わせを行うものであ
り、顕微鏡と組み合わせた撮像装置等において既に実用
化されている。 このような自動焦点調節機能を有する撮像装置におてい
は、対象物に高低差がある場合でも成るべく広い範囲で
焦点が合うものであることが要望される。 〔従来の技術〕 第５図は従来の自動焦点調節方法を説明したものである
。（ａ）は結像面における物体の像を示し、（ｂｌはこ
れに対するＸ方向のイメージセンサ出力Ｖを示したもの
であって、合焦位置（Ａ）に対して、焦点がずれている
場合（Ｂ）には、イメージセンサ出力信号の高周波成分
が減衰する。（Ｃ）は（Ａ）の差分の絶対値を示し焦点
がよく合っているほど差分（ΔＶ）が大きい。 自動焦点調節はこの原理を利用して、画素ごとの差分を
ｘ、７両方向について積分した値が最大になるレンズの
位置を求めることによって焦点合わせを行う。 〔発明が解決しようとする問題点〕 対象物のある点にレンズの焦点を合わせたとき、その点
を含む前後のある範囲すなわち焦点深度（Ｔｍ）内の物
体だけが、明瞭に像を結ぶことができる。焦点深度Ｔｍ
はそのレンズに固有であって、レンズの視野内における
対象物体の高低差をＨとしたとき、Ｈ＞Ｔｍの場合は、
どんなに焦点調節を行ってもすべての部分について明瞭
に像を結ばせることはできない。焦点深度はレンズの倍
率が高くなるほど浅くなる傾向があるため、顕微鏡等の
場合、一般に極めて狭い範囲しか焦点を合わせることが
できず、対象物を観察する上で重大な障害となる。 本発明はこのような従来技術の問題点を解決しようとす
るものであって、光学系によって定まる焦点深度以上の
範囲にわたって焦点の合った物体像を得ることができる
、撮像装置を提供することを目的とするものである。 〔問題点を解決するための手段〕 第１図は本発明の原理的構成を示したものである。 ２は光路分割手段であって、レンズ１からの光をそのレ
ンズの焦点深度ずつ順次異なる光路長を有する複数の光
路に分割するものである。 ３、〜３ｎは複数の光電変換手段であって、各光路の出
力光をそれぞれ電気信号に変換するものである。 ４Ｉ〜４１は複数の微分手段であって、各光電変換手段
（３１〜３ｎ）の出力光をそれぞれ微分するものである
。 ５は最大値検出手段であって、各微分手段（４１〜４．
）のうち最大出力を発生するものを検出するものである
。 ６は選択手段であって、最大出力を発生する微分手段に
対応する光電変換手段の出力を選択するものである。 ７は画像メモリであって、選択手段６によって選択され
た出力を１画面ごとに蓄積して出力するものである。 〔作　用〕 レンズ１によって収束された物体からの光を光路分割手
段によって複数の光路に分割する。この際各光路はその
レンズの焦点深度ずつ順次異なる光路長を有するように
構成されている。このようにして分割された各光路の光
は、それぞれ光電変換手段により電気信号に変換される
。そして各電気信号を画素ごとに二次元微分して、微分
値の絶対値が最大となるものを検出し、検出された出力
に対応する光電変換手段の出力を画素ごとに選択して、
１画面ごとに画像メモリに蓄積する。従って複数の撮像
位置で得られた画像中、最も良く焦点が合ったものを画
素ごとに選択して画像メモリに蓄積するので、焦点深度
範囲を複数個連続した深さの範囲の物体像を、焦点の合
った状態で撮像することができる。 〔実施例〕 第２図は本発明の一実施例を示したものであって、３分
割処理を行う場合を例示している。 レンズ１１を経た対象物からの光は、光路分割光学系１
２を経てその光路を３分割されて、イメージセンサ１３
１〜１３．上においてそれぞれ結像する。イメージセン
サ１３．〜１３．はこれによってそれぞれ電気信号出力
を発生し、各出力はアナログディジタル変換器（Ａ　Ｄ
　Ｃ）　　１４　＋〜１４３においてそれぞれディジタ
ル信号に変換され、デイレイ回路１５．〜１−５．を経
てセレクタ１６に入力される。一方、微分回路１７＋〜
１７．はＡＤＣ１４１〜１４．の出力信号を二次元微分
し、最大値検出回路１８は各微分回路１７．〜１７３の
出力の絶対値が最大値を有するものを検出する。 セレクタ１６は最大値検出回路１８の信号に対応するデ
イレイ回路１５１〜１５．の画像データ出力を選択する
。 以上の処理はイメージセンサ１３．〜１３３において対
象物の像を走査した画素ごとに行われ、画像メモリ１９
はセレクタ１６において選択された画素ごとに走査に対
応して蓄積して１画面を完成する０画像処理装置ｆ２０
は画像メモリ１９の画像によって所要の処理を行い、ま
たディジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）２１は画像メモ
リ１９の画像データをアナログ信号に変換し、これによ
ってデイスプレィ２２において画像を表示する。 第２図において、光路分割光学系１２におけるイメージ
センサ１３１〜１３．に対する光路長は、順次レンズ１
１の焦点深度Ｔだけ異なるように構成されている。微分
回路１７．〜１７．は後述するようにイメージセンサ１
３１〜１３．の出力に対して（１）式に基づいて二次元
微分を行い、最大値検出回路１８によって検出した微分
値の絶対値の最大の出力に相当するデイレイ回路１５１
〜１５３の出力をセレクタ１６を経て取り出して画像メ
モ１Ｊ１９に格納する。従って画像メモリ１９における
画像は、３つの焦点深度償範囲に対応する対象物の高低
差の範囲内のものであれば、すべて焦点の合った像とし
て得られることになる。かつこの像は、上述の処理を十
分高速度で行うことによって、リアルタイムで得ること
ができる。 第３図は光路分割光学系の構成例を示したものであって
、（ａ）はミラー光学系を示し、（ｂｌはプリズム光学
系である。各図において第２図と同じ部分は同じ番号で
示されている。 第３図（ａｌにおいて光路分割光学系１２は、ミラーＭ
、、Ｍ！　、ハーフミラ−ＨＭ、、ＨＭｔを含むミラー
光学系からなっている。レンズ１１からの光は、ハーフ
ミラ−ＨＭ、で反射したものがミラーＭ、で反射してイ
メージセンサ１３．に至る第１の光路り、を形成し、ハ
ーフミラ−ＨＭＩ　。 ＨＭ２を透過したものがイメージセンサ１３□に至る第
２の光路Ｌ２を形成し、ハーフミラ−ＨＭ。 を透過しハーフミラ−ＨＭ、で反射しミラーＭ２で反射
してイメージセンサ１３．に至るものが第３の光路り、
を形成する。この際光路り、に対して光路Ｌｔ＝　（Ｌ
、＋Ｔ）、光路Ｌｔ　＝　（Ｌｔ　＋２７）になによう
に各部の位置、寸法を定めることによって、所望の光路
３分割光学系が構成される。 第３図（ｂｌにおいて光路分割光学系１２は、３個のプ
リズムＰ１〜Ｐ、の組み合わせによって構成されている
。レンズ１１からの光はプリズムＰ。 内において２回反射を繰り返したものがイメージセンサ
１３．に至る第３の光路Ｌ３を形成し、プリズムＰ、を
透過しプリズム光学系において２回反射を繰り返したも
のがイメージセンサ１３１に至る第１の光路り、を形成
し、プリズムｐ、、ｐ。 ＋Ｐｆｆを透過してイメージセンサ１３□に至るものが
第２の光路Ｌｔを形成する。この場合も光路り、に対し
て光路ＬＸ　＝ＬＩ　＋Ｔ、光路り、＝Ｌ１＋２Ｔに定
めることによって、所望の光路３分割光学系が構成され
る。 第４図は、微分回路１７．〜１７３の具体的構成例を示
したものである。同図において（ａ）は回路構成を示し
、３１１〜３１．は１ラインシフトレジスタであって、
イメージセンサからのディジタル化された１ライン分の
画素データを順次ｌライン分遅延して保持することによ
って、３ライン分の画像データを蓄積する。１ラインシ
フトレジスタ３１＋〜３１．の出力データは、それぞれ
３ビ２、〜３２．に保持された第４図（ｂ）に示す３×
３の画素マトリクスデータについて、次式％式％ の演算を行って、二次元微分結果の出力を発生する。第
４図に示す二次元微分オペレータは、シーベル（Ｓｏｂ
ｅｌ）オペレータとして周知のものである。 このように本発明の撮像装置では、使用レンズによって
定まる焦点深度だけ異なる位置に撮像位置を複数（第２
図、第３図の実施例では３個所）設け、それぞれの撮像
位置で得た画像から、対応する画素ごとに最も良く焦点
が合っているものを選択して、選択された画素のみによ
って１画面を形成するようにしている。従って光学系に
よって定まる焦点深度範囲を複数個連続した深さの範囲
の物体像を、焦点の合った状態に撮像することができる
ようになり、従来の自動焦点調節方法瞭の場合と比べて
、焦点深度方向に撮像できる範囲が著しく広くなる。 本発明の撮像装置における上述の複数の撮像位置は、実
施例における３個所に限るものでなく、２個所以上であ
れば何個所でもよいことは言うまでもない。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、レンズによって定
まる焦点深度を超えた深さを有する物体像を焦点の合っ
た状態でリアルタイムに得ることができる。従って従来
の自動焦点調節機構では不可能であった大きな高低差を
有する物体の撮像を行うことができるので、高倍率の顕
微鏡を用いた撮像装置等の場合特に有効である。 ４１

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理的構成を示す図、第２図は本発明
の一実施例の構成を示す図、第３図は光路分割光学系の
構成例を示す図、第４図は微分回路の具体的構成例を示
す図、第５図は従来の自動焦点調節方法を説明する図で
ある。 １１・・・レンズ １２・・・光路分割光学系 １３１〜１３．・・・イメージセンサ １４１〜１４３・・・アナログディジタル変換器（Ａ　
Ｄ　Ｃ） １５１〜１５．・・・デイレイ回路 １６・・・セレクタ １７１〜１７ｉ・・・微分回路 １８・・・最大値検出回路 １９・・・画像メモリ 特許出願人　　　富士通株式会社 代理人　弁理士　玉　蟲　久五部 （外１名） １３１〜１３３・・イメージセンサ、Ｍ、、Ｍ２・・ミ
ラー　ＨＭＩ、−８Ｍ２・・ハーフミラ−（、） （ｂ） 光路分割光学系の構成例を示す図 第　　６　　図 ×、−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レンズ（１）からの光を該レンズ（１）の焦点深度ずつ
   順次異なる光路長を有する複数の光路に分割する光路分
   割手段（２）と、 該各光路の出力光を電気信号に変換する複数の光電変換
   手段（３＿１〜３＿ｎ）と、 該各電気信号出力を微分する複数の微分手段（４＿１〜
   ４＿ｎ）と、 該各微分手段（４＿１〜４＿ｎ）のうち最大出力を発生
   するものを検出する最大値検出手段（５）と、該最大出
   力に対応する前記光電変換手段の出力を選択する選択手
   段（６）と、 該選択された出力を１画面ごとに蓄積する画像メモリ（
   ７）とを具えてなることを特徴とする撮像装置。