JPH03293610A - 合焦位置検出装置 - Google Patents
合焦位置検出装置Info
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- JPH03293610A JPH03293610A JP9723390A JP9723390A JPH03293610A JP H03293610 A JPH03293610 A JP H03293610A JP 9723390 A JP9723390 A JP 9723390A JP 9723390 A JP9723390 A JP 9723390A JP H03293610 A JPH03293610 A JP H03293610A
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- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 63
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 63
- 238000003491 array Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 26
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、カメラ、顕微鏡等の光学機器の合焦調節に用
いることのできる合焦位置検出装置に関する。
いることのできる合焦位置検出装置に関する。
従来の合焦位置検出装置は、第６図（ａ）に示すように
、被写体像を結像させる光学系りの結像面位置Ｆを挟む
光軸方向の前後に、受光素子列ＳＡおよびＳＲを、同じ
距離隔てかつその素子列を光軸に対して垂直になるよう
に配置し、この受光素子列ＳＡおよびＳａからの出力信
号を所定の評価関数で評価値に変換して、その評価値に
基づいて合焦検出している。
、被写体像を結像させる光学系りの結像面位置Ｆを挟む
光軸方向の前後に、受光素子列ＳＡおよびＳＲを、同じ
距離隔てかつその素子列を光軸に対して垂直になるよう
に配置し、この受光素子列ＳＡおよびＳａからの出力信
号を所定の評価関数で評価値に変換して、その評価値に
基づいて合焦検出している。
第６図（ｂ）および同図（ｃ）に、倍率が異なる場合の
評価値と焦点位置との関係をそれぞれ示す。同図（ｂ）
（ｃ）に示すように、受光素子列Ｓ＾から出力される出
力信号の評価値■４と受光素子列Ｓｓから出力される出
力信号の評価値ＶＢとの差Δ■がＯとなる位置が合焦位
置となる。そこで、従来の装置は、評価値ｖＡと評価値
Ｖ、を比較して、ｖＡ＜ＶＢであれば前ピン状態を、ｖ
、＞ＶＢであれば後ろピン状態を、ＶＡ−ＶＢであれば
合焦状態をそれぞれ検知するようにしている。
評価値と焦点位置との関係をそれぞれ示す。同図（ｂ）
（ｃ）に示すように、受光素子列Ｓ＾から出力される出
力信号の評価値■４と受光素子列Ｓｓから出力される出
力信号の評価値ＶＢとの差Δ■がＯとなる位置が合焦位
置となる。そこで、従来の装置は、評価値ｖＡと評価値
Ｖ、を比較して、ｖＡ＜ＶＢであれば前ピン状態を、ｖ
、＞ＶＢであれば後ろピン状態を、ＶＡ−ＶＢであれば
合焦状態をそれぞれ検知するようにしている。
ところが、上記した合焦検出は、光学系りの倍率を変換
した際に、像側のＮ、Ａが大きく変化する為、光学系り
の倍率によっては受光素子列ＳＡおよびＳＲに対応した
評価値ＶＡ、Ｖ、の差ΔＶが小さくなり、前ピン、後ろ
ピンの判定が困難になったり、結像面位置Ｆでの評価値
ｖＦが小さな値となって合焦判定が困難になるといった
欠点がある。
した際に、像側のＮ、Ａが大きく変化する為、光学系り
の倍率によっては受光素子列ＳＡおよびＳＲに対応した
評価値ＶＡ、Ｖ、の差ΔＶが小さくなり、前ピン、後ろ
ピンの判定が困難になったり、結像面位置Ｆでの評価値
ｖＦが小さな値となって合焦判定が困難になるといった
欠点がある。
例えば、第６図（ｃ）に示すように光学系の低倍率の対
物レンズの倍率に合わせて結像面Ｆとその前後に配置す
る一対の受光素子列ＳＡ、ＳＲの間隔を設定すると、対
物レンズを高倍率に変換した場合には、第６図（ｂ）に
示すように、像側のＮ、Ａが低倍率のときに比べて大幅
に小さくなり、像側焦点深度が大きくなる。その結果、
評価値ＶＡ、Ｖ、の差ΔＶが小さくなり、ピントずれの
方向を判断するのが困難になる。
物レンズの倍率に合わせて結像面Ｆとその前後に配置す
る一対の受光素子列ＳＡ、ＳＲの間隔を設定すると、対
物レンズを高倍率に変換した場合には、第６図（ｂ）に
示すように、像側のＮ、Ａが低倍率のときに比べて大幅
に小さくなり、像側焦点深度が大きくなる。その結果、
評価値ＶＡ、Ｖ、の差ΔＶが小さくなり、ピントずれの
方向を判断するのが困難になる。
また、逆に高倍率の対物レンズに合わせて結像面Ｆと受
光素子列ＳＡ、ＳＢの間隔を設定すると、低倍率の対物
レンズに変換したときには、像側のＮ、Ａが高倍率の時
に比べて大きくなり、像側焦点深度が小さくなるため、
結像面位置Ｆでの評価値が小さな値となり、しかも結像
面Ｆ近傍では連続的にΔ■−０となる領域（デッドゾー
ン）が生じるため、合焦判定が不可能になる。
光素子列ＳＡ、ＳＢの間隔を設定すると、低倍率の対物
レンズに変換したときには、像側のＮ、Ａが高倍率の時
に比べて大きくなり、像側焦点深度が小さくなるため、
結像面位置Ｆでの評価値が小さな値となり、しかも結像
面Ｆ近傍では連続的にΔ■−０となる領域（デッドゾー
ン）が生じるため、合焦判定が不可能になる。
そこで従来は、第７図（ａ）に示すように、結像面Ｆと
受光素子列ＳＡ、ＳＲの間隔ｇ＾、ＦＢを、光学系りの
対物レンズの倍率の切換えに応じて、上記ｇ＾＋ ｆｌ
Ｂを６ｇの範囲で可変にするようにしている。すなわ
ち、第７図（ｂ）に示すように低倍対物の時に、結像面
Ｆと受光素子列ＳＡ。
受光素子列ＳＡ、ＳＲの間隔ｇ＾、ＦＢを、光学系りの
対物レンズの倍率の切換えに応じて、上記ｇ＾＋ ｆｌ
Ｂを６ｇの範囲で可変にするようにしている。すなわ
ち、第７図（ｂ）に示すように低倍対物の時に、結像面
Ｆと受光素子列ＳＡ。
ＳＢの間隔を１人 ＋ Ｉ Ｂ に設定すると、各受
光素子列ＳＡ、ＳＲの出力信号から計算される評価値■
Ａ ＊ ＶＢは第７図（ｃ）に示すように結像面Ｆ近傍
に連続的にΔ■−０となるデッドゾーンＤが生じる。そ
こで、受光素子列ＳＡ、ＳＲの間隔を６ｇ移動させて、
ＩＡ、Ｉｓに変更する。これにより、第７図（ｄ）に示
すような評価値Ｖ＾。
光素子列ＳＡ、ＳＲの出力信号から計算される評価値■
Ａ ＊ ＶＢは第７図（ｃ）に示すように結像面Ｆ近傍
に連続的にΔ■−０となるデッドゾーンＤが生じる。そ
こで、受光素子列ＳＡ、ＳＲの間隔を６ｇ移動させて、
ＩＡ、Ｉｓに変更する。これにより、第７図（ｄ）に示
すような評価値Ｖ＾。
ＶＢが得られ、合焦位置を検出するのに十分なΔＶが得
られる。
られる。
しかしながら、結像面Ｆと受光素子列Ｓ＾。
ＳＨの間の光路長を可変させるためには、受光素子列Ｓ
Ａ、ＳＢを光軸方向へ移動させるための駆動装置が必要
となると共に、対物レンズの切換えに応じて最適な光路
長に調整する必要があることから、装置の制御および構
成が複雑になるという問題がある。
Ａ、ＳＢを光軸方向へ移動させるための駆動装置が必要
となると共に、対物レンズの切換えに応じて最適な光路
長に調整する必要があることから、装置の制御および構
成が複雑になるという問題がある。
また、光学系のある特定の倍率においては受光素子列よ
り得られる映像情報量が特定の光路差を持ったものに限
定されてしまうため、情報量が少なく合焦精度が劣化す
るといった問題がある。
り得られる映像情報量が特定の光路差を持ったものに限
定されてしまうため、情報量が少なく合焦精度が劣化す
るといった問題がある。
本発明は以上のような実情に鑑みてなされたもので、装
置の構成を簡素化でき、光学系の倍率変換に影響される
二となく良好に合焦検出を行うことかでき、高精度な合
焦位置検出を可能とする合焦位置検出装置を提供するこ
とを目的とする。
置の構成を簡素化でき、光学系の倍率変換に影響される
二となく良好に合焦検出を行うことかでき、高精度な合
焦位置検出を可能とする合焦位置検出装置を提供するこ
とを目的とする。
〔課題を解決するための手段および作用〕本発明による
合焦位置検出装置は、第２図に示すように、光学系りの
結像面あるいはそれと共役な像面Ｆを挟んで光軸方向へ
所定距離離れた位置に一対の受光素子列ＳＡ、Ｓａをそ
の受光面が光軸に対して所定の角度をなすように配置し
たことを特徴とする。
合焦位置検出装置は、第２図に示すように、光学系りの
結像面あるいはそれと共役な像面Ｆを挟んで光軸方向へ
所定距離離れた位置に一対の受光素子列ＳＡ、Ｓａをそ
の受光面が光軸に対して所定の角度をなすように配置し
たことを特徴とする。
これによって、受光素子列の各受光面には受光領域によ
って光路長の異なる像が形成され、各受光領域から光路
長の異なる複数の出力信号が得られ、この出力信号が所
定の評価関数により評価値に変換され、その評価値より
合焦位置が検出される。よって、受光素子列を移動させ
る駆動装置を備えることなく、光路長の異なる複数の評
価値を得ることができ、合焦精度が向上するものとなる
。
って光路長の異なる像が形成され、各受光領域から光路
長の異なる複数の出力信号が得られ、この出力信号が所
定の評価関数により評価値に変換され、その評価値より
合焦位置が検出される。よって、受光素子列を移動させ
る駆動装置を備えることなく、光路長の異なる複数の評
価値を得ることができ、合焦精度が向上するものとなる
。
以下、本発明の実施例について説明する。
第１図は本発明の第１実施例となる合焦検出装置の構成
を示す図である。本実施例は、光学系の結像レンズ１を
透過した光像がハーフミラ−２で分割され、その透過光
が、結像面ＦＡより手前の光軸方向に所定距離隔てた位
置にその受光面を光軸に対して所定角度傾けて配置され
た２次元ＣＣＤアレイ３に入射する。一方、ハーフミラ
−２で反射された反射光は全反射ミラー４で反射された
後、結像面ＦＢに対して光軸方向の後側に所定距離隔て
た位置にその受光面を光軸に対して所定角度傾けて配置
された２次元ＣＣＤアレイ５に入射する。
を示す図である。本実施例は、光学系の結像レンズ１を
透過した光像がハーフミラ−２で分割され、その透過光
が、結像面ＦＡより手前の光軸方向に所定距離隔てた位
置にその受光面を光軸に対して所定角度傾けて配置され
た２次元ＣＣＤアレイ３に入射する。一方、ハーフミラ
−２で反射された反射光は全反射ミラー４で反射された
後、結像面ＦＢに対して光軸方向の後側に所定距離隔て
た位置にその受光面を光軸に対して所定角度傾けて配置
された２次元ＣＣＤアレイ５に入射する。
２次元ＣＣＤアレイ３，５と結像面ＦＡ、ＦＢの関係を
第３図を参照してさらに詳しく説明する。
第３図を参照してさらに詳しく説明する。
２次元ＣＣＤアレイ３，５の受光面ＳＡ、ＳＦＩと光軸
との交点ｐＡ、ｐＢから結像面ＦＡ、ＦＢまでのそれぞ
れの距離ｄＡとｄＢとが互いに等しくなるように２次元
ＣＣＤアレイ３，５を配置する。しかも、交点ＰＡ、Ｐ
Ｂを含み光軸に対して垂直な面をそれぞれＦＡ 、ＦＢ
とし、このＦＡ ＋ＦＢ′と受光面ＳＡ、ＳＲとの
それぞれの交線をＮＡ、Ｎａとしたときに各受光面Ｓ
Ａ ＋Ｓ、において交線Ｄｈ、Ｄｓからそれぞれ等距離
にある受光領域ＲＡ、ＲＢと結像面ＦＡ、Ｆ、との間の
距離ｄＡ′とｄＢ とが等しくなるように２次元ＣＣＤ
アレイ３，５を配置する。すなわち、ｄＡとｄＢが等し
く、かつｄＡ 、ｄｓ とが等しくなるように２次元
ＣＣＤアレイ３．５が配置され、各受光面ＳＡ、Ｓ、に
おける交線ｐ＾。
との交点ｐＡ、ｐＢから結像面ＦＡ、ＦＢまでのそれぞ
れの距離ｄＡとｄＢとが互いに等しくなるように２次元
ＣＣＤアレイ３，５を配置する。しかも、交点ＰＡ、Ｐ
Ｂを含み光軸に対して垂直な面をそれぞれＦＡ 、ＦＢ
とし、このＦＡ ＋ＦＢ′と受光面ＳＡ、ＳＲとの
それぞれの交線をＮＡ、Ｎａとしたときに各受光面Ｓ
Ａ ＋Ｓ、において交線Ｄｈ、Ｄｓからそれぞれ等距離
にある受光領域ＲＡ、ＲＢと結像面ＦＡ、Ｆ、との間の
距離ｄＡ′とｄＢ とが等しくなるように２次元ＣＣＤ
アレイ３，５を配置する。すなわち、ｄＡとｄＢが等し
く、かつｄＡ 、ｄｓ とが等しくなるように２次元
ＣＣＤアレイ３．５が配置され、各受光面ＳＡ、Ｓ、に
おける交線ｐ＾。
ｇ８からそれぞれ等距離にある受光領域ＲＡ。
ＲＢには同一の像が形成される。
このように配置された２次元ＣＣＤアレイ３゜５の受光
領域ＲＡ、 ＲＢから読出された信号は各々対応するプ
リアンプ６ａ、６ｂに入力し、さらにＡ／Ｄ変換器７ａ
、７ｂでそれぞれデジタル信号に変換された後、ＣＰＵ
８へ入力される。
領域ＲＡ、 ＲＢから読出された信号は各々対応するプ
リアンプ６ａ、６ｂに入力し、さらにＡ／Ｄ変換器７ａ
、７ｂでそれぞれデジタル信号に変換された後、ＣＰＵ
８へ入力される。
ＣＰＵ８は光学系の対物レンズの倍率を検知する倍率検
知装置９に接続されていて、そこから倍率データが入力
される。ＣＰＵ８は２次元ＣＣＤアレイ３．５の各受光
領域からの出力信号を所定の評価関数にしたがって評価
値に変換する機能と、光路長の異なる複数の受光領域群
の中から所定の像が形成される１組の受光領域（光路長
の同し任意の受光領域）ＲＡ、ＲＢを選択して、その１
組の受光領域ＲＡ ＋ ＲＢの評価値とその時の倍率デ
ータとから焦点位置からどの程度ずれているかといった
デフォーカス量を算出して、その算出結果に基づいて駆
動信号を生成する機能とを有している。レンズ駆動装置
１０はＣＰＵ８からの駆動信号を受けて結像レンズ１を
合焦位置へ移動させる。
知装置９に接続されていて、そこから倍率データが入力
される。ＣＰＵ８は２次元ＣＣＤアレイ３．５の各受光
領域からの出力信号を所定の評価関数にしたがって評価
値に変換する機能と、光路長の異なる複数の受光領域群
の中から所定の像が形成される１組の受光領域（光路長
の同し任意の受光領域）ＲＡ、ＲＢを選択して、その１
組の受光領域ＲＡ ＋ ＲＢの評価値とその時の倍率デ
ータとから焦点位置からどの程度ずれているかといった
デフォーカス量を算出して、その算出結果に基づいて駆
動信号を生成する機能とを有している。レンズ駆動装置
１０はＣＰＵ８からの駆動信号を受けて結像レンズ１を
合焦位置へ移動させる。
また、ＣＰＵ８から２次元ＣＣＤアレイ３，５を時系列
で検出するためのタイミングを計るタイミング回路１１
ａ、ｌｌｂに指令が与えられる。このタイミング回路１
１ａ、ｌｌｂから出力されるタイミング信号は、各々接
続されている撮像素子ドライバ１２ａ、１２ｂに与えら
れ、入力するタイミング信号に基づいて動作することに
より、各々対応する２次元ＣＣＤアレイ３，５から蓄積
電荷が映像信号として読出される構成となっている。
で検出するためのタイミングを計るタイミング回路１１
ａ、ｌｌｂに指令が与えられる。このタイミング回路１
１ａ、ｌｌｂから出力されるタイミング信号は、各々接
続されている撮像素子ドライバ１２ａ、１２ｂに与えら
れ、入力するタイミング信号に基づいて動作することに
より、各々対応する２次元ＣＣＤアレイ３，５から蓄積
電荷が映像信号として読出される構成となっている。
次に、以上のように構成された本実施例の動作について
説明する。
説明する。
本実施例では、第３図に示すｄＡとｄＢが等しく、かつ
ｄＡ 、ｄ、’ とが等しく、さらに受光面ＳＡ、Ｓ、
が光軸に対して所定の角度を持つように２次元ＣＣＤア
レイ３，５を配置したので、２次元ＣＣＤアレイ３，５
の受光面には、はぼ同しボケ像が形成される。その結果
、各受光面Ｓ Ａ ＋ＳＲには受光領域によって結像面
からの光路長が異なる像か形成され、しかも受光面ＳＡ
、ＳＲ間で互いの結像面からの光路長が同じ各受光領域
Ｒ＾、ＲＢには同じ像が形成される。この様な像が形成
された２次元ＣＣＤアレイ３．５は、撮像素子ドライバ
１２ａ、１２ｂによって駆動されて、各受光領域ＲＡ、
ＲＢごとに電荷が読出される。
ｄＡ 、ｄ、’ とが等しく、さらに受光面ＳＡ、Ｓ、
が光軸に対して所定の角度を持つように２次元ＣＣＤア
レイ３，５を配置したので、２次元ＣＣＤアレイ３，５
の受光面には、はぼ同しボケ像が形成される。その結果
、各受光面Ｓ Ａ ＋ＳＲには受光領域によって結像面
からの光路長が異なる像か形成され、しかも受光面ＳＡ
、ＳＲ間で互いの結像面からの光路長が同じ各受光領域
Ｒ＾、ＲＢには同じ像が形成される。この様な像が形成
された２次元ＣＣＤアレイ３．５は、撮像素子ドライバ
１２ａ、１２ｂによって駆動されて、各受光領域ＲＡ、
ＲＢごとに電荷が読出される。
第４図（ａ）に示すように、結像面ＦＡ、ＦＢからそれ
ぞれ等しい光路長となる受光領域の組合わせを（ＲＡＩ
、 ＲＢＩ）、（ＲＡ２．ＲＢ２）・・・（Ｒ＾□Ｒａ
、）とし、各組の受光領域からの出力信号による評価値
を（Ｖ Ａ１． Ｖ Ｂ１）、（Ｖ Ａ２． Ｖ Ｂ２
） −（ＶＡ−、Ｖ、Ｉ−）とすると、評価値（ＶＡｌ
、 ＶＢＩ）、（ＶＡ２＋ ＶＢ２） ・・−（Ｖ、、
、 ＶＢｆｉ）と焦点位置との関係は第４図（ｂ）（ｃ
）に示すようになる。ただし、同図（ｂ）は低倍率の場
合、同図（ｃ）は高倍率の場合の評価値をそれぞれ示し
ている。
ぞれ等しい光路長となる受光領域の組合わせを（ＲＡＩ
、 ＲＢＩ）、（ＲＡ２．ＲＢ２）・・・（Ｒ＾□Ｒａ
、）とし、各組の受光領域からの出力信号による評価値
を（Ｖ Ａ１． Ｖ Ｂ１）、（Ｖ Ａ２． Ｖ Ｂ２
） −（ＶＡ−、Ｖ、Ｉ−）とすると、評価値（ＶＡｌ
、 ＶＢＩ）、（ＶＡ２＋ ＶＢ２） ・・−（Ｖ、、
、 ＶＢｆｉ）と焦点位置との関係は第４図（ｂ）（ｃ
）に示すようになる。ただし、同図（ｂ）は低倍率の場
合、同図（ｃ）は高倍率の場合の評価値をそれぞれ示し
ている。
ＣＰＵ８は、２次元ＣＣＤアレイ３，５から送られてく
る出力信号を上記評価値（Ｖ Ａ工１ｖＢ１）、（ＶＡ
２． ＶＩ１２） −（ＶＡ、、 ＶＢｆｉ） ニ変換
し、各組における互いの評価値が値がそれぞれ等しくな
る点Ｑ１．Ｑ２・・・Ｑ、における評価値Ｖ （２１，
Ｖ （２２・・・ｖＱ、を求める。そして、これら評価
値ＶＱＩ、 ＶＱ２・・・ＶＱ、〕中から■しくｖＱ、
くＶ）ｌとな６ＶＡｍ。
る出力信号を上記評価値（Ｖ Ａ工１ｖＢ１）、（ＶＡ
２． ＶＩ１２） −（ＶＡ、、 ＶＢｆｉ） ニ変換
し、各組における互いの評価値が値がそれぞれ等しくな
る点Ｑ１．Ｑ２・・・Ｑ、における評価値Ｖ （２１，
Ｖ （２２・・・ｖＱ、を求める。そして、これら評価
値ＶＱＩ、 ＶＱ２・・・ＶＱ、〕中から■しくｖＱ、
くＶ）ｌとな６ＶＡｍ。
ＶＢｍを選択して取出し、その差ΔＶｍＶＡ−ＶＢが０
となる位置を合焦位置として検出する。ここで、ＶＬ、
ＶＨは評価値の下限と上限を設定する値であり、Ｖ□、
が大きすぎると差が小さくなり、また小さすぎると検出
困難となるため、合焦精度が低下しない範囲を設定して
いる。
となる位置を合焦位置として検出する。ここで、ＶＬ、
ＶＨは評価値の下限と上限を設定する値であり、Ｖ□、
が大きすぎると差が小さくなり、また小さすぎると検出
困難となるため、合焦精度が低下しない範囲を設定して
いる。
すなわち、第４図（ｂ）に示すように、低倍率の対物レ
ンズを使用した場合には、像側焦点深度が小さく評価値
Ｖ Ａ ＊ ＶＢの光軸方向に対する変化量が大きくな
るため、受光領域（ＲＡ］＋ Ｒ８３）からの出力信号
による評価値（Ｖ ＡＮ、 Ｖ Ｂｇ）の差ΔＶ ３”
Ｖ Ａｑ−Ｖ ＢＭカ０となるときの値ＶＱＩはその
値が非常に小さいためその検出が困難である。
ンズを使用した場合には、像側焦点深度が小さく評価値
Ｖ Ａ ＊ ＶＢの光軸方向に対する変化量が大きくな
るため、受光領域（ＲＡ］＋ Ｒ８３）からの出力信号
による評価値（Ｖ ＡＮ、 Ｖ Ｂｇ）の差ΔＶ ３”
Ｖ Ａｑ−Ｖ ＢＭカ０となるときの値ＶＱＩはその
値が非常に小さいためその検出が困難である。
そこで、本実施例は検出が難しい小さな値となるｖ Ａ
３＋ ｖ Ｂ、は下限値ＶＬによりカットする。そして
、評価値の差ΔＶがＶｏ、に比べて十分に太き値となる
ように受光領域（ＲＡ１． ＲＢｌ）からの出力信号に
よる評価値（ＶＡｌ、 Ｖｓｓ）を選択する。選択しｔ
： Ｖ Ａｌ トＶ Ｂｓとの差となルｖＱ１ノ値はＶ
Ｑ３１：比べて十分に大きな値となるため、検出が容易
であると共に、その差ΔＶが０となるときの勾配が大き
いため合焦精度が向上する。
３＋ ｖ Ｂ、は下限値ＶＬによりカットする。そして
、評価値の差ΔＶがＶｏ、に比べて十分に太き値となる
ように受光領域（ＲＡ１． ＲＢｌ）からの出力信号に
よる評価値（ＶＡｌ、 Ｖｓｓ）を選択する。選択しｔ
： Ｖ Ａｌ トＶ Ｂｓとの差となルｖＱ１ノ値はＶ
Ｑ３１：比べて十分に大きな値となるため、検出が容易
であると共に、その差ΔＶが０となるときの勾配が大き
いため合焦精度が向上する。
また、第４図（Ｃ）に示すように、高倍率の対物レンズ
を使用した場合には、像側焦点深度が大きく、評価値Ｖ
Ａ、Ｖ、の光軸方向に対する変化量が小さくなるため、
受光領域ＲＡｌ＋ ＲＢ、からの出力信号による評価値
”ＡＩ＋”Ｂｌの差ΔＶ 、 ｍｖＡｌ−ｖＢｌの値が
小さく、またΔｖ１−０となる時のＶＡ、、 ＶＢ□
のｉ！ Ｖ ｏ Ｉがほぼピーク値と等しくなるため、
ΔＶの勾配が小さくなり合焦検出が困難になる。そこで
、本実施例では、評価値Ｖ＾１゜ＶＢＩのように勾配が
小さくなり合焦検出が困難になる評価値は上限値ＶＨで
カットして、Δ■が十分な勾配となるように受光領域（
ＲＡｍ、 Ｒ１１３）からの出力信号による評価値（Ｖ
Ａ３． Ｖ Ｂｌ）を選択する。
を使用した場合には、像側焦点深度が大きく、評価値Ｖ
Ａ、Ｖ、の光軸方向に対する変化量が小さくなるため、
受光領域ＲＡｌ＋ ＲＢ、からの出力信号による評価値
”ＡＩ＋”Ｂｌの差ΔＶ 、 ｍｖＡｌ−ｖＢｌの値が
小さく、またΔｖ１−０となる時のＶＡ、、 ＶＢ□
のｉ！ Ｖ ｏ Ｉがほぼピーク値と等しくなるため、
ΔＶの勾配が小さくなり合焦検出が困難になる。そこで
、本実施例では、評価値Ｖ＾１゜ＶＢＩのように勾配が
小さくなり合焦検出が困難になる評価値は上限値ＶＨで
カットして、Δ■が十分な勾配となるように受光領域（
ＲＡｍ、 Ｒ１１３）からの出力信号による評価値（Ｖ
Ａ３． Ｖ Ｂｌ）を選択する。
本実施例では、倍率によって異なる光路差のボケ像情報
を得るために、倍率検知装置９により得られる倍率デー
タによって、ＣＰＵ８：＜２次元ＣＣＤアレイ３，５か
らの出力信号を選択的に使用してコントラストなどの評
価値から光学系の合焦位置を検出している。そして、現
在の光学系の位置から検出した合焦位置までの距離およ
び方向を算出して、その算出結果から駆動信号を生成し
てレンズ駆動袋Ｍ１０へ出力している。
を得るために、倍率検知装置９により得られる倍率デー
タによって、ＣＰＵ８：＜２次元ＣＣＤアレイ３，５か
らの出力信号を選択的に使用してコントラストなどの評
価値から光学系の合焦位置を検出している。そして、現
在の光学系の位置から検出した合焦位置までの距離およ
び方向を算出して、その算出結果から駆動信号を生成し
てレンズ駆動袋Ｍ１０へ出力している。
この様に本実施例によれば、結像面ＦＡ、ＦＢからそれ
ぞれの受光面ＳＡ、Ｓ８までの距ｆａ ｄＡとｄＢが等
しく、かつ結像面ＦＡ、ＦＢから受光領域ＲＡ、ＲＢま
での距離ｄＡ しｄＢ とが等しく、さらに受光面ＳＡ
、ＳＢが光軸に対して所定の角度を持つように２次元Ｃ
ＣＤアレイ３．５を配置したので、２次元ＣＣＤアレイ
３．５を機械的に移動させる移動装置を備えることなく
、複数の異なった光路長の像情報を得ることができ、装
置の構成を簡略化できるとと共に、高精度な合焦調節を
実現できる。
ぞれの受光面ＳＡ、Ｓ８までの距ｆａ ｄＡとｄＢが等
しく、かつ結像面ＦＡ、ＦＢから受光領域ＲＡ、ＲＢま
での距離ｄＡ しｄＢ とが等しく、さらに受光面ＳＡ
、ＳＢが光軸に対して所定の角度を持つように２次元Ｃ
ＣＤアレイ３．５を配置したので、２次元ＣＣＤアレイ
３．５を機械的に移動させる移動装置を備えることなく
、複数の異なった光路長の像情報を得ることができ、装
置の構成を簡略化できるとと共に、高精度な合焦調節を
実現できる。
また、良好な合焦検出を実現し得る範囲を設定して、こ
の範囲の中からさらに光学系の倍率に応じて検出が容易
で十分な勾配を得ることのできる評価値を選択するよう
にしたので、光学系の倍率が変化しても常に高精度な合
焦調節を行うことができ、装置の信頼性を大幅に向上す
ることができる。
の範囲の中からさらに光学系の倍率に応じて検出が容易
で十分な勾配を得ることのできる評価値を選択するよう
にしたので、光学系の倍率が変化しても常に高精度な合
焦調節を行うことができ、装置の信頼性を大幅に向上す
ることができる。
なお、上記第１実施例では、２次元ＣＣＤアレイ３，５
からの出力信号をＡ／Ｄ変換器７ａ。
からの出力信号をＡ／Ｄ変換器７ａ。
７ｂでデジタル信号に変換した後に評価関数を演算する
構成となっているが、アナログ信号のまま評価関数を演
算する構成とすることもできる。
構成となっているが、アナログ信号のまま評価関数を演
算する構成とすることもできる。
次に、本発明の第２実施例について説明する。
本実施例はハードウェアの構成は第１図に示す装置と同
じであり、同時に得られる複数の光路長の像情報の処理
方法に特徴がある。
じであり、同時に得られる複数の光路長の像情報の処理
方法に特徴がある。
本実施例は、前記第１実施例において選択的に使用した
各倍率に対して最適の光路長を持つ受光領域ＲＡ、ＲＢ
よりもさらに大きな光路長ものである。
各倍率に対して最適の光路長を持つ受光領域ＲＡ、ＲＢ
よりもさらに大きな光路長ものである。
第５図（ａ）は光学系のある倍率における一対の受光面
ＳＡ、ＳＲのそれぞれの結像面から異なる光路長をもつ
受光領域ＲＡａ、ＲＢゎからの出力信号による評価値■
。、ＶＢｆｉと、それらの和Σ ＶＡｎ、 Σ ＶＢ
ｎを示す図である。ただし、ｎ 同図において所定の倍率に対して選択的に使用される最
適の光路長を持つ受光領域の組合わせは、ＲＡ□、ＲＢ
□であるとする。
ＳＡ、ＳＲのそれぞれの結像面から異なる光路長をもつ
受光領域ＲＡａ、ＲＢゎからの出力信号による評価値■
。、ＶＢｆｉと、それらの和Σ ＶＡｎ、 Σ ＶＢ
ｎを示す図である。ただし、ｎ 同図において所定の倍率に対して選択的に使用される最
適の光路長を持つ受光領域の組合わせは、ＲＡ□、ＲＢ
□であるとする。
第５図（ａ）に示すような評価値となる場合は、光軸上
における実像の位置がＺａであるとすると、前記第１実
施例では最適光路長であった評価値ＶＡ２．ＶＢ□を使
用すると、Ｚａにおける評価値のレベルが極端に小さい
ために合焦位置の検出ができないいわゆる捕捉範囲外の
領域となる。また、受光領域ＲＡ□＋Ｒ８２よりも結像
面からの光路長が大きいＲＡ、、 Ｒ、、からの出力信
号による評価値ＶＡ９＋ ■８５を使用すると、Ｚａで
の評価値のレベルは十分に大きな値となるが、第５図（
ｂ）に示すように、評価値の差ΔＶｑ−ＶＡｑ ＶＢ
９が０となる合焦位置付近でのΔＶ、の勾配が小さいた
めに高精度な合焦検出を行うことはできない。
における実像の位置がＺａであるとすると、前記第１実
施例では最適光路長であった評価値ＶＡ２．ＶＢ□を使
用すると、Ｚａにおける評価値のレベルが極端に小さい
ために合焦位置の検出ができないいわゆる捕捉範囲外の
領域となる。また、受光領域ＲＡ□＋Ｒ８２よりも結像
面からの光路長が大きいＲＡ、、 Ｒ、、からの出力信
号による評価値ＶＡ９＋ ■８５を使用すると、Ｚａで
の評価値のレベルは十分に大きな値となるが、第５図（
ｂ）に示すように、評価値の差ΔＶｑ−ＶＡｑ ＶＢ
９が０となる合焦位置付近でのΔＶ、の勾配が小さいた
めに高精度な合焦検出を行うことはできない。
そこで、本実施例では、受光領域ＲＡ□、 ＲＢ□より
も結像面からの光路長が大きい受光領域からの出力信号
による評価値を加算して、それらの和ΣＶＡ、ｌ、
ΣｖＢｆｉを評価関数に用いている。このように光路長
か大きい受光領域からの出力信号による評価値の和を評
価関数とすると、第５図（ａ）（ｂ）に示すように、Ｚ
ａでの評価レベルを確保することができ、しかも合焦位
置近傍の評価関数のとなり、よって捕捉範囲が拡大され
る。
も結像面からの光路長が大きい受光領域からの出力信号
による評価値を加算して、それらの和ΣＶＡ、ｌ、
ΣｖＢｆｉを評価関数に用いている。このように光路長
か大きい受光領域からの出力信号による評価値の和を評
価関数とすると、第５図（ａ）（ｂ）に示すように、Ｚ
ａでの評価レベルを確保することができ、しかも合焦位
置近傍の評価関数のとなり、よって捕捉範囲が拡大され
る。
このように本実施例によれば、結像面からの光路長が大
きい受光領域からの出力信号による評価値の和を評価関
数としたので、捕捉範囲を拡大することができ、さらに
高精度な合焦検出を行うことができる。
きい受光領域からの出力信号による評価値の和を評価関
数としたので、捕捉範囲を拡大することができ、さらに
高精度な合焦検出を行うことができる。
以上詳記したように本発明によれば、装置の構成を簡素
化でき、光学系の倍率変換に影響されることなく良好に
合焦検出を行うことができ、高精度な合焦位置検出を可
能とする合焦位置検出装置を提供できる。
化でき、光学系の倍率変換に影響されることなく良好に
合焦検出を行うことができ、高精度な合焦位置検出を可
能とする合焦位置検出装置を提供できる。
第１図は本発明の第１実施例となる合焦位置検出装置の
構成図、第２図は同実施例の光学系の概略図、第３図は
２次元ＣＣＤアレイの配置図、第４図（ａ）は２次元Ｃ
ＣＤアレイの各受光領域の結像面からの光路長を示す図
、第４図（ｂ）（ｃ）は同実施例の動作説明図、第５図
（ａ）（ｂ）は第２実施例の動作説明図、第６図および
第７図は従来例を説明するための図である。 １・・・結像レンズ、２・・・ハーフミラ−３，５・・
・２次元ＣＣＤアレイ、４・・・前反射ミラー ６ａ。 ６ｂ・・・プリアンプ、７ａ、７ｂ・・・Ａ／Ｄ変換器
、８・・・ＣＰＵ、９・・・倍率検知装置、１０・・・
レンズ駆動装置、ｌｌａ、ｌｌｂ・・・タイミング回路
、１２ａ、１２ｂ・・・撮像素子ドライバ。
構成図、第２図は同実施例の光学系の概略図、第３図は
２次元ＣＣＤアレイの配置図、第４図（ａ）は２次元Ｃ
ＣＤアレイの各受光領域の結像面からの光路長を示す図
、第４図（ｂ）（ｃ）は同実施例の動作説明図、第５図
（ａ）（ｂ）は第２実施例の動作説明図、第６図および
第７図は従来例を説明するための図である。 １・・・結像レンズ、２・・・ハーフミラ−３，５・・
・２次元ＣＣＤアレイ、４・・・前反射ミラー ６ａ。 ６ｂ・・・プリアンプ、７ａ、７ｂ・・・Ａ／Ｄ変換器
、８・・・ＣＰＵ、９・・・倍率検知装置、１０・・・
レンズ駆動装置、ｌｌａ、ｌｌｂ・・・タイミング回路
、１２ａ、１２ｂ・・・撮像素子ドライバ。
Claims (3)
- （１）被写体像を結像させる光学系の結像面あるいはそ
の結像面と共役な像面を挟み光軸方向の前後に所定距離
隔てた位置に一対の受光素子列を配置し、これら一対の
受光素子列の各々から出力される出力信号を所定の評価
関数にしたがって演算し、この演算によって各々得られ
た互いの評価値の差に基づいて合焦位置を検出する合焦
位置検出装置において、 各々の受光面が前記結像面あるいはそれと共役な像面に
対してそれぞれ所定の角度をなし、かつ所定の像が形成
される各受光面のそれぞれの受光領域が前記結像面ある
いはそれと共役な像面から等しい光路長となるように前
記一対の受光素子列を配置したことを特徴とする合焦位
置検出装置。 - （２）同じ像が形成された一対の受光領域からの出力信
号を一組の映像情報として、複数の異なった光路長とな
る複数組の前記受光領域からの出力信号によって得られ
る複数組の映像情報から評価関数を構成することを特徴
とする請求項１記載の合焦位置検出装置。 - （３）前記評価関数は、前記複数組の映像情報より算出
される評価関数を加算して構成されることを特徴とする
請求項２記載の合焦位置検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9723390A JP2916202B2 (ja) | 1990-04-12 | 1990-04-12 | 合焦位置検出装置 |
| DE1991620455 DE69120455T2 (de) | 1990-04-12 | 1991-04-12 | Automatisches Fokussiergerät mit Verfahren zur optimalen Berechnung der Fokussierposition |
| EP91105875A EP0451865B1 (en) | 1990-04-12 | 1991-04-12 | Automatic focusing apparatus with optimal focusing position calculation method |
| US07/973,561 US5235375A (en) | 1990-04-12 | 1992-11-09 | Focusing position detecting and automatic focusing apparatus with optimal focusing position calculation method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9723390A JP2916202B2 (ja) | 1990-04-12 | 1990-04-12 | 合焦位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03293610A true JPH03293610A (ja) | 1991-12-25 |
| JP2916202B2 JP2916202B2 (ja) | 1999-07-05 |
Family
ID=14186905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9723390A Expired - Lifetime JP2916202B2 (ja) | 1990-04-12 | 1990-04-12 | 合焦位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2916202B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6822801B2 (en) | 2001-06-04 | 2004-11-23 | Fuji Photo Optical Co., Ltd. | Device for determining focused state of taking lens |
| WO2005114287A1 (ja) * | 2004-05-24 | 2005-12-01 | Hamamatsu Photonics K.K. | 顕微鏡装置 |
| WO2005114293A1 (ja) * | 2004-05-24 | 2005-12-01 | Hamamatsu Photonics K.K. | 顕微鏡装置 |
-
1990
- 1990-04-12 JP JP9723390A patent/JP2916202B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6822801B2 (en) | 2001-06-04 | 2004-11-23 | Fuji Photo Optical Co., Ltd. | Device for determining focused state of taking lens |
| WO2005114287A1 (ja) * | 2004-05-24 | 2005-12-01 | Hamamatsu Photonics K.K. | 顕微鏡装置 |
| WO2005114293A1 (ja) * | 2004-05-24 | 2005-12-01 | Hamamatsu Photonics K.K. | 顕微鏡装置 |
| US7232980B2 (en) | 2004-05-24 | 2007-06-19 | Hamamatsu Photonics K.K. | Microscope system |
| US7813579B2 (en) | 2004-05-24 | 2010-10-12 | Hamamatsu Photonics K.K. | Microscope system |
| US8027548B2 (en) | 2004-05-24 | 2011-09-27 | Hamamatsu Photonics K.K. | Microscope system |
| US8184920B2 (en) | 2004-05-24 | 2012-05-22 | Hamamatsu Photonics K.K. | Microscope system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2916202B2 (ja) | 1999-07-05 |
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