JPH0478803A - 焦点検出装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、例えば電子顕微鏡などにおいて、レンズの
焦点を自動検出するのに用いられる焦点検出装置に関す
る。

〈従来の技術〉 第５図は、従来の電子顕微鏡の光学系１を示している。

図中、２はＸＹＺの各方向へ移動可能なステージであっ
て、このステージ２上に観測対象物を載せたスライドガ
ラス３が固定されている。このスライドガラス３の背後
には照明用の光源４が、また真上位置には対物レンズ５
が、それぞれ配置される。この光学系１は２個のビーム
スプリッタ６．７を含み、光路長さが異なる２個の光路
８，９にＣＣＤラインセンサ１０．１１が配置される。

図中、破線は各ＣＣＤラインセンサ１０，１１の合焦位
置を示し、一方のＣＣＤラインセンサ１０はこの合焦位
置に対し距離−ｌだけ離れた位置に、他方の、ＣＣＤラ
インセンサ１１は合焦位置に対し距離＋２だけ離れた位
置に、それぞれ光軸と垂直に配置される。

各ＣＣＤラインセンサｔｏ、１１で撮像された画像の映
像信号は、第６図に示すような焦点検出回路１２に与え
られる。

同図の焦点検出回路１２は、各ＣＣＤラインセンサ１０
，１１からの映像信号を微分処理する微分回路１３．１
４と、各微分回路１３．１４による微分出力を整流する
整流回路１５．１６と、各整流回路１５．１６による整
流出力をタイミング制御回路１９による制御下で積分処
理する積分回路１７．１８とを含んでいる。

同図の回路におけるタイムチャートが第７図および第８
図に示しである。前記対物レンズ５の視野内に存在する
観測対象物が多いときは第７図に示すようなタイムチャ
ートとなり、また対物レンズ５の視野内に存在する対象
物が少ないときは第８図に示すようなタイムチャートと
なる。

第７図および第８図中、ＡがＣＣＤラインセンサ１０．
１１からの映像信号を、Ｂが微分回路１３．１４による
微分出力を、Ｃが整流回路１５．１６による整流出力を
、Ｅが積分回路１７．１８による積分出力を、それぞれ
示す。

またＤはタイミング制御回路１９が出力するゲート信号
であって、このゲート信号りがオンする期間のみ積分処
理が行われる。積分回路１７゜１８による積分出力Ｅの
出力レベルは第７図と第８図とでは顕著に相違する。

第６図に戻ってＡ／Ｄ変換器２０は、各積分回路１７．
１８の積分出力をディジタル量に変換してＣＰＵ２１へ
与える。ＣＰＵ２１は両積分出力の差を求め、その値が
ゼロとなるようステージ２をＺ方向の正または負の方向
へ駆動させて、対物レンズ５に対するスライドガラス３
の距離（以下「対物距離」という）を変化させ、焦点位
置を合わせる。

第９図は、対物距離ｄに対する各積分回路１７．１８に
よる積分出力の出力レベルａ、　　ｂの変化状況を示し
ている。

図中、ｄＦは合焦位置であって、各積分回路１７．１８
による積分出力の出力レベルａ、　　ｂが一致してその
差はゼロである。従って各積分出力の出力レベルａ、ｂ
が、ａ＞ｂであれば対物距離ｄを小さくする方向に合焦
位置ｄ、が存在し、またａ＜ｂであれば対物距離ｄを大
きくする方向に合焦位ｆａｙが存在する。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら対物レンズ５の視野内に存在する観測対象
物が多いときは各積分回路１７．１８による積分出力と
して第９図の実線で示すような大きな出力レベルが得ら
れるが、対物レンズ５の視野内に存在する観測対象物が
少ないときは各積分回路１７．１８による積分出力とし
て第９図の破線で示すような小さな出力レベルしか得ら
れない。

このような出力レベルの小さな積分出力を用いて合焦位
置の検出を行う場合、積分出力の出力レベルの差の変化
が明確に現れないため、ノイズなどの出力を不安定にす
る要素による悪影響を受は易く、正確かつ高精度に焦点
位置を検出するのが困難である。

この発明は、上記問題に着目してなされたもので、ノイ
ズなどの悪影響を受けにくく、正確かつ高精度に焦点位
置を検出できる焦点検出装置を提供することを目的とす
る。

〈問題点を解決するための手段〉 この発明は、一対のラインセンサと、各ラインセンサか
らの映像信号を微分処理する微分回路と、各微分回路に
よる微分出力をそれぞれ積分処理する積分回路と、各積
分回路による積分出力を用いて焦点を検出する演算回路
とを備えた焦点検出装置において、前記微分回路と積分
回路との間に、各積分回路による積分出力の出力レベル
が増すよう微分出力を波形整形するための波形整形回路
を付加したものである。

く作用〉 波形整形回路により各積分回路による積分出力の出力レ
ベルが増すよう微分出力が波形整形されるので、積分出
力の出力レベルの差の変化が明確に現れることになる。

このためノイズなどの出力を不安定にする要素による悪
影響を受けにくく、正確かつ高精度に焦点位置が検出さ
れる。

〈実施例〉 第１図は、この発明の一実施例にかかる焦点検出装置の
回路構成を示している。

同図のものは、各微分回路１３．１４の出力側に切換ス
イッチ２２．２３をそれぞれ設け、一方の切換端子３０
には整流回路１５．１６を接続し、他方の切換端子３１
には整流回路２４゜２５と波形整形回路２６．２７との
直列回路を接続したもので、積分回路１７．１８に対し
、各切換スイッチ２２．２３が一方の切換端子３０の側
にあるときは整流回路１５．１６の整流出力が、各切換
スイッチ２２．２３が他方の切換端子３１の側にあると
きは波形整形回路２６゜２７の出力が、それぞれ与えら
れる。

各波形整形回路２６．２７は、各積分回路１７．１８に
よる積分出力の出力レベルが増すよう各微分回路１３．
１４の微分出力を波形整形するためのもので、具体的に
は第２図に示すように、２個のオペアンプ４０．４１を
含む増幅回路中に、ホールドコンデンサ４３と、そのホ
ールドコンデンサ４３と並列に放電抵抗４４とを設けた
ものや、前記ホールドコンデンサ４３のみを設けてピー
クホールド回路としたものなどが用いられる。

第２図において、前記整流出力はオペアンプ４０の非反
転入力として与えられるもので、その入力レベルがホー
ルドコンデンサ４３の電位と同レベルか、それ以下のと
きは、ダイオード４２により逆バイアスされ、ホールド
コンデンサ４３は充電されない。一方、前記入力レベル
がホールドコンデンサ４３の電位より大きいときは、ホ
ールドコンデンサ４３は充電される。

その結果、ホールドコンデンサ４３と放電抵抗４４とを
備えた回路では、ホールドコンデンサ４３の蓄積電荷が
放電抵抗４４で徐々に放電されるため、オペアンプ４１
の出力は第３図中、−点鎖線３２で示すような波形とな
る。また放電抵抗４４を備えていない回路では、第３図
中、−点鎖線３３で示すような波形となる。

なお、第２図中、トランジスタ４７はリセットパルスを
入力したとき導通してコンデンサ４３の蓄積電荷を完全
に放電するためものであり、前記整流出力が立ち上がり
後一定のしきい値以下に下がったときの一定時間経過後
にリセットパルスをオンすることにより積分回路１７．
１８が積分処理を行っていない間は積分回路１７゜１８
に対し余分な入力を与えないようにしている。このリセ
ットパルスはピークホールド回路ではホールド状態を解
除する働きをする。

また第２図中、４５．４６はオペアンプのフィードバッ
ク回路に設けられたフィードバック抵抗とコンデンサで
あって、発振の防止と高域での動作の安定化とをはかる
ためのものである。

上記回路構成の焦点検出装置において、各ＣＣＤライン
センサ１０，１１からの映像出力はそれぞれ微分回路１
３．１４に与えられて微分処理される。いま切換スイッ
チ２２．２３が切換端子３０の側にある場合には、各微
分回路１３．１４による微分出力はそれぞれ整流回路１
５．１６を介して積分回路１７．１８に与えられる。各
積分回路１７．ｔｓはタイミング制御回路１９より与え
られるゲート信号がオンする期間のみ積分処理を行うも
ので、それぞれの積分出力はＡ／Ｄ変換器２０でディジ
タル量に変換されてＣＰＵ２１へ与えられる。ＣＰＵ２
１では両積分出力の差を求め、その値がゼロとなるよう
ステージ２を移動させて対物距離を変化させ、焦点位置
合わせを行う。

いま各積分回路１７．１８による積分出力の出力レベレ
が小さく、第９図に示すしきい値ＴＨ以下である場合に
は、ＣＰＵ２１はスイッチ切換信号を出力して前記切換
スイッチ２２゜２３を他方の切換端子３１の側へ切り換
える。

これにより各微分回路１３．１４による微分出力は整流
回路２４．２５と波形整形回路２６゜２７との直列回路
を経て積分回路１７．１８に与えられる。

第３図は、微分回路１３．１４の微分出力の信号波形を
示す。

いま波形整形回路２６．２７がホールドコンデンサ４３
と放電抵抗４４とを備えた回路をもって構成されている
場合、整流後の各微分出力が波形整形回路２６．２７に
与えられると、その波形は波形整形回路２６．２７によ
り第３図中、−点鎖線３２で示すような形状に波形整形
される。すなわち各波形整形回路２６．２７では、微分
出力がピーク点Ｐに達した後は、ホールドコンデンサ４
３に蓄えられた電荷が徐々に放電されるため、立下がり
速度が鈍化し、波形の立下がり部分３４が押し上げられ
たような形状となる。

また波形整形回路２６．２７がホールドコンデンサ４３
のみを備えたピークホールド回路をもって構成されてい
る場合は、整流後の各微分出力が波形整形回路２６．２
７に与えられると、その波形は波形整形回路２６．２７
により第３図中、−点鎖線３３で示すような形状に波形
整形される。すなわち各波形整形回路２６．２７では、
微分出力がピーク点Ｐに達した後は、ホールドコンデン
サ４３の蓄積電荷によってそのピーク値が一定時間Ｔだ
け保持されるもので、同様に波形の立下がり部分３４が
押し上げられたような形状となる。

この波形整形後の信号が積分回路１７．１８に与えられ
て積分処理されると、その出力レベルは切換スイッチ２
２．２３の切換前の状態と比較して大幅に増大する。

第４図は、積分回路１７．１８による積分出力の波形を
示すもので、図中、Ｖ＋が波形整形回路２６．２７を用
いないときの積分出力の出力レベルを、Ｖ２が波形整形
回路２６．２７を用いたときの積分出力の出力レベルを
、それぞれ示している。

同図によれば、積分出力の出力レベルは大幅に増大して
おり、これにより各積分回路１７゜１８による積分出力
の差の変化が明確に現れることになり、高精度に焦点位
置の検出が可能である。

〈発明の効果〉 この発明は上記の如く、微分回路と積分回路との間に、
各積分回路による積分出力の出力レベルが増すよう微分
出力を波形整形するための波形整形回路を付加したから
、積分出力の差の変化が明確に現れることになり、ノイ
ズなどの悪影響を受けにくく、正確かつ高精度に焦点位
置を検出できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例にかかる焦点検出装置のブ
ロック図、第２図は波形整形回路の具体例を示す電気回
路図、第３図は波形整形回路の働きを示す説明図、第４
図は積分出力の波形を示す説明図、第５図は電子顕微鏡
の光学系を示す説明図、第６図は従来の焦点検出装置の
ブロック図、第７図および第８図は第６図の回路のタイ
ムチャート、第９図は対物距離に対する積分出力の出力
レベルの変化を示す説明図である。 １０、１１・・・・ＣＣＤラインセンサ１３、１４・・
・・微分回路　　１７．１８・・・・積分回路２１・・
・・ＣＰＵ　　　　２６．２７・・・・波形整形回路特
許出願人　　　オ　ム　ロ　ン　株　式　会　社第 図 従圭Ａ怠点Ｓ出藝償めブリ７７０ 第 図 ２６図−Ｄｚを凸フイＡ子マート 第 図 オ６区１．ＩＦ）跡へフイムテヤート

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一対のラインセンサと、各ラインセンサからの映像信号
   を微分処理する微分回路と、各微分回路による微分出力
   をそれぞれ積分処理する積分回路と、各積分回路による
   積分出力を用いて焦点を検出する演算回路とを備えた焦
   点検出装置において、 前記微分回路と積分回路との間には、各積分回路による
   積分出力の出力レベルが増すよう微分出力を波形整形す
   るための波形整形回路が付加されて成る焦点検出装置。