JPH04165318A - 合焦位置検出装置 - Google Patents
合焦位置検出装置Info
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- JPH04165318A JPH04165318A JP29082990A JP29082990A JPH04165318A JP H04165318 A JPH04165318 A JP H04165318A JP 29082990 A JP29082990 A JP 29082990A JP 29082990 A JP29082990 A JP 29082990A JP H04165318 A JPH04165318 A JP H04165318A
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- 238000003491 array Methods 0.000 abstract description 33
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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7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を挾む
光軸方向の前後に、受光素子列SAおよびSB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SR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を挾む
光軸方向の前後に、受光素子列SAおよびSB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SR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7図(b)および同図(c)に、倍率が異なる場合の
評価値と結像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SAから出力される出
力信号の評価値vAと受光素子列SRから出力される出
力信号の評価値VBとの差Δ■が0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であれば前ビン状態を、V
A<V、、であれば後ろビン状態を、v、mvBであれ
ば合焦状態をそれぞれ検知するようにしている。
評価値と結像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SAから出力される出
力信号の評価値vAと受光素子列SRから出力される出
力信号の評価値VBとの差Δ■が0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であれば前ビン状態を、V
A<V、、であれば後ろビン状態を、v、mvB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SBに対応した
評価値V^、VBの差ΔVが小さくなり、前ビン、後ろ
ビ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SBに対応した
評価値V^、VBの差ΔVが小さくなり、前ビン、後ろ
ビ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7図(c)に示すように低倍率の光学系の倍
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、S、の間隔を設定すると、光学系の倍率を
高倍率にした場合には、第7図(b)に示すように、像
側のNA(開口数)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。
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、S、の間隔を設定すると、光学系の倍率を
高倍率にした場合には、第7図(b)に示すように、像
側のNA(開口数)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。
るのが困難になる。
また、逆に高倍率の光学系の倍率に合わせて結像面Fと
受光素子列SA、SRの間隔を設定すると、光学系の倍
率を低倍率にした場合、像側のNA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ΔV−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。
受光素子列SA、SRの間隔を設定すると、光学系の倍
率を低倍率にした場合、像側のNA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ΔV−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8図(a)に示すように、結像面Fと
受光素子列SA、Saの間隔IIA、 11Bを、光学
系りの倍率の切換えに応じて、上記1’ A 1f!B
を6gの範囲で可変にするようにしている。
受光素子列SA、Saの間隔IIA、 11Bを、光学
系りの倍率の切換えに応じて、上記1’ A 1f!B
を6gの範囲で可変にするようにしている。
すなわち、第8図(b)に示すように光学系が低倍率の
時に、結像面Fと受光素子列SA、SBの間隔を(l
Al+ II B+に設定すると、各受光素子列SA、
SBの出力信号から計算される評価値VA。
時に、結像面Fと受光素子列SA、SBの間隔を(l
Al+ II B+に設定すると、各受光素子列SA、
SBの出力信号から計算される評価値VA。
VBは第8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。
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、SBの間隔をΔp移動させて
、I A21182に変更する。これにより、第8図(
d)に示すような評価値■^、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。
、I A21182に変更する。これにより、第8図(
d)に示すような評価値■^、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。
しかしながら、2つの受光素子列SA、SRがらの出力
信号による評価値を比較して合焦位置を検出するといっ
た合焦位置検出方式において、観察倍率に応じて受光素
子列SA、S、間の光路長を変化させる構造は、評価値
に誤差が含まれる可能性が高く合焦位置検出精度が低下
するという問題があった。
信号による評価値を比較して合焦位置を検出するといっ
た合焦位置検出方式において、観察倍率に応じて受光素
子列SA、S、間の光路長を変化させる構造は、評価値
に誤差が含まれる可能性が高く合焦位置検出精度が低下
するという問題があった。
これは、受光素子列SA、SBの移動機構の精度が悪く
、受光素子列SA、SBの移動方向が少しでも光軸から
ずれている場合には、光路長を変化させることによって
、各受光素子列SA、SRの対応する受光領域の像がそ
れぞれ物体の異なる位置からの像となってしまい、その
結果、2つの受光素子列SA、SBの出力信号による両
評価値の差に基づいて検出される合焦位置が本来の合焦
位置とは異なったものとなるからである。
、受光素子列SA、SBの移動方向が少しでも光軸から
ずれている場合には、光路長を変化させることによって
、各受光素子列SA、SRの対応する受光領域の像がそ
れぞれ物体の異なる位置からの像となってしまい、その
結果、2つの受光素子列SA、SBの出力信号による両
評価値の差に基づいて検出される合焦位置が本来の合焦
位置とは異なったものとなるからである。
この現象は、受光素子列の画素サイズが微小の場合、−
次元受光素子列を使用する場答、受光素子からの出力信
号を演算する評価関数がパラメータとして画像の位置情
報を含んでいる場合などに起こりやすい。
次元受光素子列を使用する場答、受光素子からの出力信
号を演算する評価関数がパラメータとして画像の位置情
報を含んでいる場合などに起こりやすい。
また、合焦位置検出装置が、顕微鏡のように観察倍率の
範囲が広く、特に100倍以上の拡大率を持つような光
学装置に適用される場合には、2つの受光素子列の移動
範囲を大きくとらねばならないことから、必然的に装置
自体が大型化するといった問題もあった。
範囲が広く、特に100倍以上の拡大率を持つような光
学装置に適用される場合には、2つの受光素子列の移動
範囲を大きくとらねばならないことから、必然的に装置
自体が大型化するといった問題もあった。
本発明は以上のような実情に鑑みてなされたもので、観
察光学系の倍率変換に影響されることなく合焦位置を高
精度に検出でき、しかも装置の小型化を図ることができ
る合焦位置検出装置を提供することを目的とする。
察光学系の倍率変換に影響されることなく合焦位置を高
精度に検出でき、しかも装置の小型化を図ることができ
る合焦位置検出装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明による合焦位置検出
装置は、所定の観察倍率で被写体像を結像させる観察光
学系と、この観察光学系から光束を取出して前記被写体
像を再結像させる再結像光学系と、この再結像光学系の
光軸上に前記被写体像の再結像面を挟んで光学的に対向
配置される一対の受光素子0列と、これら一対の受光素
子列から出力される出力信号を所定の評伍関数に基づい
てそれぞれの評価値に変換し、両出力信号の評価値の差
から合焦位置を検出する演算手段とを備えた合焦位置検
出装置において、前記観察光学系の結像面から前記再結
像光学系の結像面までの投影倍率と前記観察光学系の観
察倍率とを乗じた値が所定の範囲内に収まるように、前
記観察光学系の観察倍率の変化に応じて前記再結像光学
系の投影倍率を変化させるものとした。
装置は、所定の観察倍率で被写体像を結像させる観察光
学系と、この観察光学系から光束を取出して前記被写体
像を再結像させる再結像光学系と、この再結像光学系の
光軸上に前記被写体像の再結像面を挟んで光学的に対向
配置される一対の受光素子0列と、これら一対の受光素
子列から出力される出力信号を所定の評伍関数に基づい
てそれぞれの評価値に変換し、両出力信号の評価値の差
から合焦位置を検出する演算手段とを備えた合焦位置検
出装置において、前記観察光学系の結像面から前記再結
像光学系の結像面までの投影倍率と前記観察光学系の観
察倍率とを乗じた値が所定の範囲内に収まるように、前
記観察光学系の観察倍率の変化に応じて前記再結像光学
系の投影倍率を変化させるものとした。
本発明によれば、観察光学系の観察倍率の変化に応じて
再結像光学系の投影倍率を変化させるようにしたので、
観察光学系の観察倍率が変化しても再結像光学系の射出
側の開口数がほぼ一定に保たれる。よって、一対の受光
素子列の移動軸と光軸のずれによる誤差が含まれること
よく観察光学系の倍率変換に影響されない高精度な合焦
位置検出を行うことができる。
再結像光学系の投影倍率を変化させるようにしたので、
観察光学系の観察倍率が変化しても再結像光学系の射出
側の開口数がほぼ一定に保たれる。よって、一対の受光
素子列の移動軸と光軸のずれによる誤差が含まれること
よく観察光学系の倍率変換に影響されない高精度な合焦
位置検出を行うことができる。
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実施例となる合焦位置検出装置の
構成を示す図である。本実施例は、被写体像を観察者の
瞳位置に結像させる観察光学系りと、この観察光学系り
から取出された光束によって被写体像を再結像させる再
結像光学系Rと、この再結像光学系Rによって再結像さ
れた被写体像から合焦位置を検出する信号処理系と、検
出された合焦位置に基づいて観察光学系を合焦駆動する
駆動系とからなる。
構成を示す図である。本実施例は、被写体像を観察者の
瞳位置に結像させる観察光学系りと、この観察光学系り
から取出された光束によって被写体像を再結像させる再
結像光学系Rと、この再結像光学系Rによって再結像さ
れた被写体像から合焦位置を検出する信号処理系と、検
出された合焦位置に基づいて観察光学系を合焦駆動する
駆動系とからなる。
観察光学系りと再結像光学系Rとの構成を第2図(a)
に拡大して示す。同図に示す1は、観察光学系の対物レ
ンズであって標本からの光束が入射する。この対物レン
ズ1は、図示しないレボルバ−に取り付けられ、互いに
倍率の異なる複数の対物レンズの中から選択されたもの
が観察光学系りの光軸上に配置され、電動式で倍率の異
なる対物レンズに切換え可能に構成されている。この対
物レンズ1の出射側にはハーフミラ−2が配置されてい
る。ハーフミラ−2を透過した光は観察光学系りの接眼
レンズ3を介して観察者の眼4、或いは不図示のTV左
カメラに導かれる。一方、ハーフミラ−2の反射側には
、ミラー5が配置されていて、このミラー5で反射され
た光はレンズ6に入射して平行光束に変換される。レン
ズ6の出射側には、ターレット7に保持された光束径変
換レンズ群8が配置されている。ターレット7は、互い
に変換光束径が異なる複数の光束径変換レンズ群8−1
〜8−〇(本例の場合は2つ)を保持していて、任意の
光束径変換レンズ群8を再結像光学系Rの光軸上に配置
する。光束径変換レンズ群8で所要の大きさの径に変換
された光束は、レンズ9を通ってハーフミラ−10に入
射する。
に拡大して示す。同図に示す1は、観察光学系の対物レ
ンズであって標本からの光束が入射する。この対物レン
ズ1は、図示しないレボルバ−に取り付けられ、互いに
倍率の異なる複数の対物レンズの中から選択されたもの
が観察光学系りの光軸上に配置され、電動式で倍率の異
なる対物レンズに切換え可能に構成されている。この対
物レンズ1の出射側にはハーフミラ−2が配置されてい
る。ハーフミラ−2を透過した光は観察光学系りの接眼
レンズ3を介して観察者の眼4、或いは不図示のTV左
カメラに導かれる。一方、ハーフミラ−2の反射側には
、ミラー5が配置されていて、このミラー5で反射され
た光はレンズ6に入射して平行光束に変換される。レン
ズ6の出射側には、ターレット7に保持された光束径変
換レンズ群8が配置されている。ターレット7は、互い
に変換光束径が異なる複数の光束径変換レンズ群8−1
〜8−〇(本例の場合は2つ)を保持していて、任意の
光束径変換レンズ群8を再結像光学系Rの光軸上に配置
する。光束径変換レンズ群8で所要の大きさの径に変換
された光束は、レンズ9を通ってハーフミラ−10に入
射する。
ハーフミラ−10の透過側の光軸上であって、レンズ9
の後側焦点面F2より手前に所定距離離れた位置にCC
Dアレイ11が配置されている。
の後側焦点面F2より手前に所定距離離れた位置にCC
Dアレイ11が配置されている。
また、ハーフミラ−10の反射側にはミラー12が配置
されている。このミラー12の反射光軸上であって、レ
ンズ9の後側焦点面F2′から後側に所定距離隔てた位
置にCCDアレイ13が配置されている。レンズ9の後
側焦点面F2およびF2′が対物レンズ1による標本像
の再結像面となる。
されている。このミラー12の反射光軸上であって、レ
ンズ9の後側焦点面F2′から後側に所定距離隔てた位
置にCCDアレイ13が配置されている。レンズ9の後
側焦点面F2およびF2′が対物レンズ1による標本像
の再結像面となる。
ここで、CCDアレイ11,13と対応する各再結像面
との距離pは、対物レンズ1の最高倍率と最低倍率との
中間倍率であって、光束径変換レンズ群8の光束径拡大
率が等倍のものを使用した際に、後述する評価値を使用
して良好に合焦位置を検出できる距離に設定される。
との距離pは、対物レンズ1の最高倍率と最低倍率との
中間倍率であって、光束径変換レンズ群8の光束径拡大
率が等倍のものを使用した際に、後述する評価値を使用
して良好に合焦位置を検出できる距離に設定される。
信号処理系では、CPU21からCCDアレイ11.1
3の画素出力を時系列で読出すためにタイミング回路2
2a、22bへ指令信号が与えられる。各タイミング回
路22a、22bは、各CCDアレイ11,13に対応
して設けられた撮像素子ドライバ23a、23bに対し
てタイミング信号を出力する。各CCDアレイ11,1
3の蓄積電荷は、撮像素子ドライバ23a、23bによ
って映像信号として読出される。各CCDアレイ1]、
、13から読出された映像信号は、各々対応するプリア
ンプ24a、24bに入力され、そこで増幅された後、
対応するA/D変換器25a。
3の画素出力を時系列で読出すためにタイミング回路2
2a、22bへ指令信号が与えられる。各タイミング回
路22a、22bは、各CCDアレイ11,13に対応
して設けられた撮像素子ドライバ23a、23bに対し
てタイミング信号を出力する。各CCDアレイ11,1
3の蓄積電荷は、撮像素子ドライバ23a、23bによ
って映像信号として読出される。各CCDアレイ1]、
、13から読出された映像信号は、各々対応するプリア
ンプ24a、24bに入力され、そこで増幅された後、
対応するA/D変換器25a。
25bに人力される。A/D変換器25a。
25bの各々の出力はCPU21に入力される。
このCPU21には、さらに対物レンズ1の観察倍率を
検知する倍率検知装置26より対物レンズ1の倍率デー
タか人力される。
検知する倍率検知装置26より対物レンズ1の倍率デー
タか人力される。
CPU21は、上記入力データに基づいて次のような処
理を実行する。即ち、ターレット7に取付けられた複数
の光束径変換レンズ群8−1〜8−nの中から、再結像
光学系Rの射出NAを所定の範囲内に抑え得る投影倍率
の光束径変換レンズ群8を、倍率データに基づいて選択
し、その光束径変換レンズ群8を光軸上に配置するため
の駆動信号を生成してターレット駆動装置27へ8カす
る。また、A/D変換器25より入力する信号を所定の
評価関数に従って演算して前述した評価値に変換する。
理を実行する。即ち、ターレット7に取付けられた複数
の光束径変換レンズ群8−1〜8−nの中から、再結像
光学系Rの射出NAを所定の範囲内に抑え得る投影倍率
の光束径変換レンズ群8を、倍率データに基づいて選択
し、その光束径変換レンズ群8を光軸上に配置するため
の駆動信号を生成してターレット駆動装置27へ8カす
る。また、A/D変換器25より入力する信号を所定の
評価関数に従って演算して前述した評価値に変換する。
さらに、この評価値と倍率データとから対物レンズ1の
デフォーカス量を算出し、この算出結果に基づいて対物
レンズ1をその合焦位置へ移動させる駆動信号を生成し
てレンズ駆動装置28へ出力する。
デフォーカス量を算出し、この算出結果に基づいて対物
レンズ1をその合焦位置へ移動させる駆動信号を生成し
てレンズ駆動装置28へ出力する。
ここで、CPU21における光束径変換レンズ群8の選
択条件について第3図(a)(b)を参照して説明する
。
択条件について第3図(a)(b)を参照して説明する
。
低倍率の対物レンズ1を用いた場合のCCDアレイ11
,1.3からの出力信号によるコントラスト等の評価値
VA、VB(以後、添字A、BはCCDアレイ11..
1Bにそれぞれ対応するものとする)は、光束変換を行
わない場合には、第3図(a)に−点鎖線で示されるよ
うな曲線となる。
,1.3からの出力信号によるコントラスト等の評価値
VA、VB(以後、添字A、BはCCDアレイ11..
1Bにそれぞれ対応するものとする)は、光束変換を行
わない場合には、第3図(a)に−点鎖線で示されるよ
うな曲線となる。
両評価値V、、VBの差をとると第3図(b)に示す曲
線となる。即ち、光束変換を行わない場合には、第3図
(b)に示されるように、合焦位置近傍で値が変化しな
いプツトゾーンが生じてしまい、正確な合焦位置を検出
することは困難である。
線となる。即ち、光束変換を行わない場合には、第3図
(b)に示されるように、合焦位置近傍で値が変化しな
いプツトゾーンが生じてしまい、正確な合焦位置を検出
することは困難である。
また、高倍率の対物レンズ1を用いた場合の評価値V、
、V、は、光束変換を行わない場合には、第3図(a)
に破線で示されるような曲線となる。
、V、は、光束変換を行わない場合には、第3図(a)
に破線で示されるような曲線となる。
合焦位置を検出するために、両評価値の差をとると、そ
の曲線は、第3図(b)に示すように、値そのものが小
さくなると共に合焦位置近傍での勾配が小さくなるため
に、正確な合焦位置を検出することは困難である。
の曲線は、第3図(b)に示すように、値そのものが小
さくなると共に合焦位置近傍での勾配が小さくなるため
に、正確な合焦位置を検出することは困難である。
そこで、本実施例では、予め設定した再結像面F2.F
2’と2つのCCDアレイ11,13との距離pに対し
て、光束径拡大率が等倍で良好な合焦位置検出が可能と
なる中間倍率の対物レンズの射出のNA値をA、とした
とき、射出のNA値がA2であるような対物レンズに対
しては、光束径拡大率がA 1/ A 2程度の光束径
変換レンズ群8を選択する。これによって、観察光学系
りの結像面から再結像光学系Rの結像面までの投影倍率
が可変となり、低倍率から高倍率までの種々の対物レン
ズに対して、常に2つのCCDアレイ11゜13へ入射
する光のNAをほぼ一定にすることができる。
2’と2つのCCDアレイ11,13との距離pに対し
て、光束径拡大率が等倍で良好な合焦位置検出が可能と
なる中間倍率の対物レンズの射出のNA値をA、とした
とき、射出のNA値がA2であるような対物レンズに対
しては、光束径拡大率がA 1/ A 2程度の光束径
変換レンズ群8を選択する。これによって、観察光学系
りの結像面から再結像光学系Rの結像面までの投影倍率
が可変となり、低倍率から高倍率までの種々の対物レン
ズに対して、常に2つのCCDアレイ11゜13へ入射
する光のNAをほぼ一定にすることができる。
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。
観察光学系の対物レンズ1を所望の倍率に切換えると、
例えば低倍率に切換えると、倍率検知装置26によって
これが検知され、CPU21へ倍率データが入力される
。CPU21では、この倍率データに基づいて再結像光
学系Rの射出側NAを一定の範囲内に抑え得る光束変換
レンズ群8を選択する。この場合には、対物レンズ1が
低倍率であるので光束径を小さくする光束径変換レンズ
群8−1が選択され、ターレット駆動袋H27へ駆動信
号が出力されて、この選択された光束変換レンズ群8〜
1が光路上に挿入される。その結果、光路上に挿入され
た光束径を絞るように作用する光束径変換レンズ群8−
1によって、対物レンズ1の結像面F1から再結像面F
2 r F 2′ までの投影倍率が大きくなる。
例えば低倍率に切換えると、倍率検知装置26によって
これが検知され、CPU21へ倍率データが入力される
。CPU21では、この倍率データに基づいて再結像光
学系Rの射出側NAを一定の範囲内に抑え得る光束変換
レンズ群8を選択する。この場合には、対物レンズ1が
低倍率であるので光束径を小さくする光束径変換レンズ
群8−1が選択され、ターレット駆動袋H27へ駆動信
号が出力されて、この選択された光束変換レンズ群8〜
1が光路上に挿入される。その結果、光路上に挿入され
た光束径を絞るように作用する光束径変換レンズ群8−
1によって、対物レンズ1の結像面F1から再結像面F
2 r F 2′ までの投影倍率が大きくなる。
即ち、低倍率の対物レンズ1から出射されるNAの大き
な光束が、レンズ6I レンズ群8−1.レンズ9を通
過することによって、よりNAが小さな光束となり、設
定されたCCDアレイ11,43と再結像面F2゜F2
′との距離に適した像側焦点深度を持つようになる。
な光束が、レンズ6I レンズ群8−1.レンズ9を通
過することによって、よりNAが小さな光束となり、設
定されたCCDアレイ11,43と再結像面F2゜F2
′との距離に適した像側焦点深度を持つようになる。
一方、対物レンズ1を高倍率に切換えると、倍率検知装
置26からCPU21に倍率データか入力される。CP
U21では、この倍率データから対物レンズ1か高倍率
であると判断して、光束径を大きくするように作用する
光束径変換レンズ群8−nを選択する。そして、CPU
21からターレット駆動装置27へ駆動信号が出力され
て、選択された光束径変換レンズ群8−nが光路上に挿
入される。その結果、設定されたCCDアレイ1.1.
13と再結像面F 2 + F 2′ との距離に適し
た像側焦点深度を持つようになる。
置26からCPU21に倍率データか入力される。CP
U21では、この倍率データから対物レンズ1か高倍率
であると判断して、光束径を大きくするように作用する
光束径変換レンズ群8−nを選択する。そして、CPU
21からターレット駆動装置27へ駆動信号が出力され
て、選択された光束径変換レンズ群8−nが光路上に挿
入される。その結果、設定されたCCDアレイ1.1.
13と再結像面F 2 + F 2′ との距離に適し
た像側焦点深度を持つようになる。
したがって、対物レンズ1の倍率が変化しても、再結像
光学系Rの射出側NAがほぼ一定に保たれ、CCDアレ
イ11,13を光軸方向へ移動させることなく合焦位置
検出する上で最適な評価値を得ることのできる像をCC
Dアレイ11,13上に形成できる。
光学系Rの射出側NAがほぼ一定に保たれ、CCDアレ
イ11,13を光軸方向へ移動させることなく合焦位置
検出する上で最適な評価値を得ることのできる像をCC
Dアレイ11,13上に形成できる。
そして、CPU21では、CCDアレイ11゜13から
の出力信号を取込んで評価値を算出し、この評価値と倍
率データとから合焦位置を演算する。この演算結果に基
づいて生成された駆動信号がレンズ駆動装置28へ出力
されて、対物レンズ1が合焦調節される。
の出力信号を取込んで評価値を算出し、この評価値と倍
率データとから合焦位置を演算する。この演算結果に基
づいて生成された駆動信号がレンズ駆動装置28へ出力
されて、対物レンズ1が合焦調節される。
この様に本実施例によれば、再結像光学系Rに各々異な
る光束径に変換する光束径変換レンズ群8−1〜8−n
を挿脱自在に設け、良好な合焦位置検出が可能となる中
間倍率の対物レンズの射出のNA値をA1としたとき、
射出のNA値がA2であるような対物レンズに対しては
、光束径拡大率がA + / A 2程度の光束径変換
レンズ群8を選択して、光路上に挿入するようにしたの
で、低倍率から高倍率までの様々な対物レンズに対して
、CCDアレイ11,13を固定したままで、常に2つ
のCCDアレイ11,13へ入射する光のNAをほぼ一
定に保つことができ、対物レンズの倍率に影響されない
高精度な合焦位置検出を行うことができる。しかも、C
CDアレイ11,13は固定されるので、装置の小型化
を図ることもできる。
る光束径に変換する光束径変換レンズ群8−1〜8−n
を挿脱自在に設け、良好な合焦位置検出が可能となる中
間倍率の対物レンズの射出のNA値をA1としたとき、
射出のNA値がA2であるような対物レンズに対しては
、光束径拡大率がA + / A 2程度の光束径変換
レンズ群8を選択して、光路上に挿入するようにしたの
で、低倍率から高倍率までの様々な対物レンズに対して
、CCDアレイ11,13を固定したままで、常に2つ
のCCDアレイ11,13へ入射する光のNAをほぼ一
定に保つことができ、対物レンズの倍率に影響されない
高精度な合焦位置検出を行うことができる。しかも、C
CDアレイ11,13は固定されるので、装置の小型化
を図ることもできる。
なお、上記実施例では光束径変換レンズ群8−1〜8−
nの切換えにターレット7を使用していたが、スライダ
ーを使用して切換えるように構成することもできる。
nの切換えにターレット7を使用していたが、スライダ
ーを使用して切換えるように構成することもできる。
次に、本発明の第2実施例について説明する。
第4図は第2実施例の全体構成を示す図である。
なお、第1図に示す装置と同一機能の部分には同一の符
号を付している。本実施例は、投影倍率変換機能を前記
第1実施例とは異なった再結像光学系によって実現して
いる。
号を付している。本実施例は、投影倍率変換機能を前記
第1実施例とは異なった再結像光学系によって実現して
いる。
第2図(b)は、本実施例の光学系を示している。この
光学系は、対物レンズ1を通過した光束を分離するハー
フミラ−2の反射側に、レンズ30が配置されている。
光学系は、対物レンズ1を通過した光束を分離するハー
フミラ−2の反射側に、レンズ30が配置されている。
レンズ30の出射側光軸上には、その光路上に挿脱自在
に設けられた切換えミラー31と、固定ミラー32とが
配置されている。切換えミラー31は第1光路上に配さ
れる。
に設けられた切換えミラー31と、固定ミラー32とが
配置されている。切換えミラー31は第1光路上に配さ
れる。
第1光路は、切換えミラー31で反射された光がレンズ
33を通過してハーフミラ−34へ入射する光路である
。一方、固定ミラー32は第2光路上に配置される。第
2光路は、固定ミラー32で反射された光がレンズ35
を通過してミラー36に入射し、ここで反射されてハー
フミラ−34に入射する光路である。
33を通過してハーフミラ−34へ入射する光路である
。一方、固定ミラー32は第2光路上に配置される。第
2光路は、固定ミラー32で反射された光がレンズ35
を通過してミラー36に入射し、ここで反射されてハー
フミラ−34に入射する光路である。
第1光路を通過した光はハーフミラ−34で2分され、
透過光はレンズ33による結像面F4よりも手前の光軸
上に配置されたCCDアレイ37に入射する。一方、ハ
ーフミラ−34で反射された光は、ミラー38で反射さ
れた後に、レンズ33による結像面F4′よりも後ろの
光軸上に配置されたCCDアレイ39に入射する。
透過光はレンズ33による結像面F4よりも手前の光軸
上に配置されたCCDアレイ37に入射する。一方、ハ
ーフミラ−34で反射された光は、ミラー38で反射さ
れた後に、レンズ33による結像面F4′よりも後ろの
光軸上に配置されたCCDアレイ39に入射する。
また、第2光路を通過した光はハーフミラ−34で三方
され、反射光はCCDアレイ37に入射し、透過光はC
CDアレイ39に入射する。なお、第1光路と第2光路
との違いは、対物レンズ1とレンズ30による結像面F
3がら再結像面F4.F4’ までの投影倍率が、レン
ズ33(第l光路)のほうがレンズ35(J2光路)よ
りも小さくなっている。それぞれの光路を通過後の再結
像面F、、F、’は全く同じ位置に設定されている。
され、反射光はCCDアレイ37に入射し、透過光はC
CDアレイ39に入射する。なお、第1光路と第2光路
との違いは、対物レンズ1とレンズ30による結像面F
3がら再結像面F4.F4’ までの投影倍率が、レン
ズ33(第l光路)のほうがレンズ35(J2光路)よ
りも小さくなっている。それぞれの光路を通過後の再結
像面F、、F、’は全く同じ位置に設定されている。
一方、本実施例の信号処理系は、各CCDアレイ37,
39の出力信号が、それぞれ接続されているプリアンプ
24a、24bに入力され、それぞれの出力がA/D変
換器25a、25bでA/D変換された後にCPU40
に入力される。
39の出力信号が、それぞれ接続されているプリアンプ
24a、24bに入力され、それぞれの出力がA/D変
換器25a、25bでA/D変換された後にCPU40
に入力される。
また、CPU40には前記第1実施例と同様に対物レン
ズ1の倍率データが倍率検知装置26から入力される。
ズ1の倍率データが倍率検知装置26から入力される。
CPU40は、CCDアレイ37゜39の出力信号から
評価値を算出して合焦位置を検出し、デフォーカス量に
応じた駆動信号をレンズ駆動装置28へ出力するように
動作すると共に、倍率データに基づいてミラー駆動装置
41へ駆動制御信号を送出し、切換えミラー31を光路
に対して挿脱させるように動作する。切換えミラー31
が第1光路上に配置されているときは、第1の光路が選
択され、切換えミラー31が第1光路上から離脱された
時には第2の光路が選択される。
評価値を算出して合焦位置を検出し、デフォーカス量に
応じた駆動信号をレンズ駆動装置28へ出力するように
動作すると共に、倍率データに基づいてミラー駆動装置
41へ駆動制御信号を送出し、切換えミラー31を光路
に対して挿脱させるように動作する。切換えミラー31
が第1光路上に配置されているときは、第1の光路が選
択され、切換えミラー31が第1光路上から離脱された
時には第2の光路が選択される。
ここで、第1光路と第2光路との選択条件について第5
図を参照して説明する。なお、第5図に示す実線は対物
レンズ1の射出NAを表し、破線はCCDアレイ37,
39の入射NAを表している。
図を参照して説明する。なお、第5図に示す実線は対物
レンズ1の射出NAを表し、破線はCCDアレイ37,
39の入射NAを表している。
対物レンズ1の倍率が低倍率M1から徐々に高倍率へと
変化すると、対物レンズ1の射出NAおよびCCDアレ
イ37,39の入射NAともに徐々に小さくなっていく
。そして、対物レンズ1の倍率が設定倍率MOと等しく
なると、ミラー駆動装置41により切換えミラー31が
第1光路に挿入され第1光路が選択される。その結果、
CCDアレイ37.39への入射NAが大きくなる。さ
らに倍率が大きくなると、CCDアレイ37゜39への
入射NAは再び小さくなる。
変化すると、対物レンズ1の射出NAおよびCCDアレ
イ37,39の入射NAともに徐々に小さくなっていく
。そして、対物レンズ1の倍率が設定倍率MOと等しく
なると、ミラー駆動装置41により切換えミラー31が
第1光路に挿入され第1光路が選択される。その結果、
CCDアレイ37.39への入射NAが大きくなる。さ
らに倍率が大きくなると、CCDアレイ37゜39への
入射NAは再び小さくなる。
また、対物レンズ1の倍率の変化に伴う評価値VC,V
Dの変化を第6図に示す。なお、評価値VC,VDは、
CCDアレイ37.39のそれぞれの評価値である(以
後、添字C,DはCCDアレイ37.39にそれぞれ対
応するものとする)。
Dの変化を第6図に示す。なお、評価値VC,VDは、
CCDアレイ37.39のそれぞれの評価値である(以
後、添字C,DはCCDアレイ37.39にそれぞれ対
応するものとする)。
第6図(a)〜(c)は、対物レンズ1の倍率M、、M
2.M、にそれぞれ対応している。
2.M、にそれぞれ対応している。
本実施例では、対物レンズの倍率M l”= M 3と
設定倍率MOとの大小関係を比較して、その大小関係に
応じてミラー駆動装置41を制御することにより光路を
選択して投影倍率を切換えて、CCDアレイ37,39
の入射NAを一定の範囲(NA)n〜(NA) Lに収
めるようにしている。
設定倍率MOとの大小関係を比較して、その大小関係に
応じてミラー駆動装置41を制御することにより光路を
選択して投影倍率を切換えて、CCDアレイ37,39
の入射NAを一定の範囲(NA)n〜(NA) Lに収
めるようにしている。
次に、以上のように構成された本実施例の動作として、
再結像光学系の投影倍率切換え動作について説明する。
再結像光学系の投影倍率切換え動作について説明する。
CPU40では、倍率検知装置26から人力された倍率
データに基づいて、CCDアレイ37.39の入射NA
を一定の範囲(NA))1〜(NA) Lに収める得る
投影倍率を判断し、第1または第2光路を選択する。第
1光路を選択した場合には、ミラー駆動装置41へ駆動
制御信号を出力して切換えミラー31を第1光路上に挿
入して、第1光路の設定と投影倍率でCCDアレイ37
.39に像が形成される。また、第2光路を選択した場
合には、切換えミラー31を第1光路上から離脱させて
固定ミラー32に光束を入射せしめる。これにより、第
2光路に設定された投影倍率でCCDアレイ37,39
に像が形成される。
データに基づいて、CCDアレイ37.39の入射NA
を一定の範囲(NA))1〜(NA) Lに収める得る
投影倍率を判断し、第1または第2光路を選択する。第
1光路を選択した場合には、ミラー駆動装置41へ駆動
制御信号を出力して切換えミラー31を第1光路上に挿
入して、第1光路の設定と投影倍率でCCDアレイ37
.39に像が形成される。また、第2光路を選択した場
合には、切換えミラー31を第1光路上から離脱させて
固定ミラー32に光束を入射せしめる。これにより、第
2光路に設定された投影倍率でCCDアレイ37,39
に像が形成される。
以後の、合焦位置検出動作は前記第1実施例と同様であ
るのでここでは説明を省略する。
るのでここでは説明を省略する。
この様に本実施例によれば、互いに投影倍率の異なる第
1.第2の光路を設け、対物レンズ1の倍率に応じてC
CDアレイ37,39の入射NAを一定の範囲(NA)
H〜(NA)Lに収める得る投影倍率の光路を選択して
光束を導くようにしたので、上記実施例と同様に高精度
に合焦位置を検出することができる。。
1.第2の光路を設け、対物レンズ1の倍率に応じてC
CDアレイ37,39の入射NAを一定の範囲(NA)
H〜(NA)Lに収める得る投影倍率の光路を選択して
光束を導くようにしたので、上記実施例と同様に高精度
に合焦位置を検出することができる。。
なお、上記各実施例では低倍率と高倍率の2つの光路を
設けた例を示したが、本発明はこの様な2光路の切換え
に限定されるものではなく対物レンズの倍率に合わせて
種々変形される。
設けた例を示したが、本発明はこの様な2光路の切換え
に限定されるものではなく対物レンズの倍率に合わせて
種々変形される。
〔発明の効果〕・
以上詳記したように本発明によれば、観察光学系の倍率
変換に影響されることなく合焦位置を高精度に検出でき
、しかも装置の小型化を図ることができる合焦位置検出
装置を提供できる。
変換に影響されることなく合焦位置を高精度に検出でき
、しかも装置の小型化を図ることができる合焦位置検出
装置を提供できる。
第1図は本発明の第1実施例に係る合焦位置検出装置の
構成図、第2図(a)は同実施例の光学系部分の構成図
、第2図(b)は第2実施例の光学系部分の構成図、第
3図は投影倍率の切換え条件を説明するための図、第4
図は第2実施例に係る合焦位置検出装置の構成図、第5
図および第6図は同実施例における投影倍率選択条件を
説明するための図、第7図および第8図は従来の合焦位
置検出方法を説明するための図である。 1・・・対物ンズ、2,10・・・ハーフミラ−15・
・・ミラー、6,9・・・レンズ、7・・・ターレット
、8・・・光束径変換レンズ群、11,13.37.3
9・・・CCDアレイ、31・・・切換えミラー、32
・・・固定ミラー。 出願人代理人 弁理士 坪井 浮 筒2図(a) 第2図(b) F2′ 第3図(a) 第3図(b) □対物レノズ1の射出N、A 箪5図 (a) (b) (c)第6図 轄イゑ位置 砧イ駅位置
構成図、第2図(a)は同実施例の光学系部分の構成図
、第2図(b)は第2実施例の光学系部分の構成図、第
3図は投影倍率の切換え条件を説明するための図、第4
図は第2実施例に係る合焦位置検出装置の構成図、第5
図および第6図は同実施例における投影倍率選択条件を
説明するための図、第7図および第8図は従来の合焦位
置検出方法を説明するための図である。 1・・・対物ンズ、2,10・・・ハーフミラ−15・
・・ミラー、6,9・・・レンズ、7・・・ターレット
、8・・・光束径変換レンズ群、11,13.37.3
9・・・CCDアレイ、31・・・切換えミラー、32
・・・固定ミラー。 出願人代理人 弁理士 坪井 浮 筒2図(a) 第2図(b) F2′ 第3図(a) 第3図(b) □対物レノズ1の射出N、A 箪5図 (a) (b) (c)第6図 轄イゑ位置 砧イ駅位置
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 所定の観察倍率で被写体像を結像させる観察光学系と、
この観察光学系から光束を取出して前記被写体像を再結
像させる再結像光学系と、この再結像光学系の光軸上に
前記被写体像の再結像面を挟んで光学的に対向配置され
る一対の受光素子列と、これら一対の受光素子列から出
力される出力信号を所定の評価関数に基づいてそれぞれ
の評価値に変換し、両出力信号の評価値の差から合焦位
置を検出する演算手段とを備えた合焦位置検出装置にお
いて、 前記観察光学系の結像面から前記再結像光学系の結像面
までの投影倍率と前記観察光学系の観察倍率とを乗じた
値が所定の範囲内に収まるように、前記観察光学系の観
察倍率の変化に応じて前記再結像光学系の投影倍率を変
化させることを特徴とする合焦位置検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29082990A JPH04165318A (ja) | 1990-10-30 | 1990-10-30 | 合焦位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29082990A JPH04165318A (ja) | 1990-10-30 | 1990-10-30 | 合焦位置検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04165318A true JPH04165318A (ja) | 1992-06-11 |
Family
ID=17761026
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29082990A Pending JPH04165318A (ja) | 1990-10-30 | 1990-10-30 | 合焦位置検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04165318A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005114858A (ja) * | 2003-10-03 | 2005-04-28 | Jai Corporation | 測距カメラ装置 |
US8569943B2 (en) | 2011-11-16 | 2013-10-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Luminescent material |
KR101715470B1 (ko) * | 2015-04-10 | 2017-03-14 | 충북대학교 산학협력단 | 집적영상 현미경 장치 및 심도범위 개선 방법 |
CN112074765A (zh) * | 2018-05-01 | 2020-12-11 | 纳米电子成像有限公司 | 用于自动显微镜聚焦的系统、装置和方法 |
-
1990
- 1990-10-30 JP JP29082990A patent/JPH04165318A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005114858A (ja) * | 2003-10-03 | 2005-04-28 | Jai Corporation | 測距カメラ装置 |
US8569943B2 (en) | 2011-11-16 | 2013-10-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Luminescent material |
KR101715470B1 (ko) * | 2015-04-10 | 2017-03-14 | 충북대학교 산학협력단 | 집적영상 현미경 장치 및 심도범위 개선 방법 |
CN112074765A (zh) * | 2018-05-01 | 2020-12-11 | 纳米电子成像有限公司 | 用于自动显微镜聚焦的系统、装置和方法 |
EP3788425A4 (en) * | 2018-05-01 | 2022-01-26 | Nanotronics Imaging, Inc. | AUTOMATIC MICROSCOPE FOCUSING SYSTEMS, DEVICES AND METHODS |
US11520133B2 (en) | 2018-05-01 | 2022-12-06 | Nanotronics Imaging, Inc. | Systems, devices and methods for automatic microscope focus |
US11796785B2 (en) | 2018-05-01 | 2023-10-24 | Nanotronics Imaging, Inc. | Systems, devices and methods for automatic microscope focus |
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