JPH049810A - Automatic focusing device - Google Patents

Automatic focusing device

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JPH049810A
JPH049810A JP11063890A JP11063890A JPH049810A JP H049810 A JPH049810 A JP H049810A JP 11063890 A JP11063890 A JP 11063890A JP 11063890 A JP11063890 A JP 11063890A JP H049810 A JPH049810 A JP H049810A
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focusing
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focus position
focusing position
focus
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JP11063890A
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Genichi Yamana
元一 山名
Nobuyuki Nagasawa
永沢 伸之
Yasuteru Takahama
高濱 康輝
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To position an object body at the optimum focusing position that a photographer intends stably with good reproducibility and high accuracy at all times by selecting a focusing position arithmetic method for calculating the optimum focusing position at the time of automatic focusing among plural focusing position arithmetic methods according to evaluation characteristics. CONSTITUTION:The device is provided with focusing extent evaluating means 1-1 to 1-n which use mutually different focusing position arithmetic methods and a user puts a stage in Z-directional scanning operation within a necessary range including the optimum focusing position adjusted manually to find respectively evaluated values at respective positions. Then the focusing position arithmetic method which provides the optimum focusing position is selected among the focusing extent evaluating methods 1-1 to 1-n according to those evaluated values. Consequently, the object body can be positioned at the optimum focusing position where the intention of the photographer is reflected stably with good reproducibility and high accuracy at all times.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、顕微鏡等の光学機器の自動合焦装置に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an automatic focusing device for optical instruments such as microscopes.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の顕微鏡等における自動合焦装置として、例えば特
開昭61−143710号公報に開示されているものが
ある。この自動合焦装置においては、予め使用が予定さ
れている対象物体全体に対して最適と考えられる最適合
焦位置演算法を固定し、これにより第12図に示すよう
に合焦動作を行って、対物光学系と対象物体との間隔を
自動合焦機能によって位置決めし、その位置決めされた
対象物体の合焦位置が、使用者にとって最適合焦位置で
ない場合には、自動合焦機能による合焦位置に対してオ
フセットを与えることで、自動合焦機能による合焦位置
を使用者にとって最適なものとするようにしている。
As a conventional automatic focusing device for a microscope or the like, there is one disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 143710/1983. In this automatic focusing device, the optimal focusing position calculation method that is considered to be optimal for the entire target object that is scheduled to be used is fixed in advance, and the focusing operation is performed using this method as shown in Fig. 12. , the distance between the objective optical system and the target object is determined by the automatic focusing function, and if the determined focal position of the target object is not the optimal focusing position for the user, the automatic focusing function is used to determine the distance between the objective optical system and the target object. By giving an offset to the position, the focus position by the automatic focus function is made optimal for the user.

また、他の自動合焦装置として、特公昭62−3276
1号公報には、位相差光学系による対象物体の像の空間
周波数成分のうち高周波成分を抽出し、その高周波成分
が最大となる位相差光学系と対象物体との相対距離から
一定距離範囲内において、空間周波数成分の高周波成分
が第2のピークを有するとき、空間周波数成分の高周波
成分が最大となる相対距離に基づいて合焦位置を求める
ようにしたものが開示されている。
In addition, as another automatic focusing device,
Publication No. 1 states that a high frequency component is extracted from among the spatial frequency components of an image of a target object by a phase difference optical system, and the high frequency component is extracted within a certain distance range from the relative distance between the phase difference optical system and the target object at which the high frequency component is maximum. discloses that when the high frequency component of the spatial frequency component has a second peak, the focusing position is determined based on the relative distance at which the high frequency component of the spatial frequency component becomes maximum.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、特開昭61−143710号公報に開示
された自動合焦装置にあっては、予め使用か予定されて
いる対象物体全体に対して最適と考えられる最適合焦位
置演算法を固定しているため、例えば特殊な標本等を合
焦させる場合には、合焦位置そのものが安定でな(なり
、再現性のよい合焦動作が望めないという問題がある。
However, in the automatic focusing device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-143710, the optimum focusing position calculation method that is considered to be optimal for the entire target object that is planned to be used is fixed in advance. Therefore, when focusing, for example, on a special specimen, there is a problem that the focusing position itself is not stable (and a focusing operation with good reproducibility cannot be expected).

また、特公昭62−32761号公報に開示された自動
合焦装置は、空間周波数成分の高周波成分が最大となる
相対距離に基づいて合焦位置が一義的に決定されるため
、使用者によって微妙に異なる最適合焦位置を反映でき
ないという問題かある。
Furthermore, in the automatic focusing device disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-32761, the focusing position is uniquely determined based on the relative distance at which the high frequency component of the spatial frequency component is maximum. There is a problem in that it is not possible to reflect different optimal focusing positions.

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、使用者の意図する最適合焦位置に再現性よく
常に安定して高精度で位置決めてきるよう適切に構成し
た自動合焦装置を提供することを目的とする。
This invention was made by focusing on these conventional problems, and it is an automatic focusing system that is appropriately configured to always stably and accurately position the optimal focusing position intended by the user with good reproducibility. The purpose is to provide a focusing device.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を達成するため、この発明では、光学系の光軸
方向に該光学系および対象物体を相対的に駆動する駆動
手段と、前記光学系および対象物体の相対距離を検出す
る距離検出手段と、前記光学系により得られる前記対象
物体の情tSに基づいてそれぞれ異なる複数の合焦位置
演算法により合焦状態を表す評価特性を検出する合焦位
置検出手段と、これら複数の合焦位置演算法から対象物
体の合焦に適した合焦位置演算法を決定する決定手段と
を具え、 使用者の意図する合焦位置に調整された前記相対距離を
含む所要の相対距離範囲で前記光学系および対象物体を
相対的に駆動して、前記複数の合焦位置演算法によりそ
れぞれ評価特性を検出し、これら評価特性に基づいて前
記複数の合焦位置演算法から自動合焦を行う際の最適合
焦位置を与える合焦位置演算法を選択するよう構成する
In order to achieve the above object, the present invention includes a driving means for relatively driving the optical system and the target object in the optical axis direction of the optical system, and a distance detecting means for detecting the relative distance between the optical system and the target object. , a focus position detection means for detecting evaluation characteristics representing a focus state using a plurality of different focus position calculation methods based on information tS of the target object obtained by the optical system; determining means for determining a focusing position calculation method suitable for focusing on a target object from the method, and determining means for determining a focusing position calculation method suitable for focusing on a target object from the method, and said optical system within a required relative distance range including said relative distance adjusted to a focusing position intended by a user. and relatively drive the target object to detect evaluation characteristics respectively using the plurality of focus position calculation methods, and determine the optimum when performing automatic focusing from the plurality of focus position calculation methods based on these evaluation characteristics. The system is configured to select a focus position calculation method that provides a suitable focus position.

〔作用〕[Effect]

第1図はこの発明の概念図を示すもので、ステージを対
物光学系の光軸方向(Z方向)に移動させて態率動作を
行う、通常の光学顕微鏡に適用したものである。この自
動合焦装置は、それぞれ異なる合焦位置演算法によって
合焦程度を演算する複数の合焦程度評価手段11〜1−
nと、自動合焦装置全体の動作を制御する制御手段(C
P[J) 2と、CPU 2の動作プログラムや各種の
所要のデータを格納するメモリ3と、サンプル標本を載
置するステージをZ方向に駆動するステージ駆動手段4
と、ステージのZ方向の位置を検出するステージ位置検
出手段5とを具える。
FIG. 1 shows a conceptual diagram of the present invention, which is applied to an ordinary optical microscope in which a stage is moved in the direction of the optical axis (Z direction) of an objective optical system to perform a mode operation. This automatic focusing device includes a plurality of focus degree evaluation means 11 to 1- which calculate the degree of focus using different focus position calculation methods.
n, and a control means (C) for controlling the operation of the entire automatic focusing device.
P[J) 2, a memory 3 that stores the operating program of the CPU 2 and various necessary data, and a stage driving means 4 that drives the stage on which the sample specimen is placed in the Z direction.
and stage position detection means 5 for detecting the position of the stage in the Z direction.

この発明では、第2図にフローチャートを示すように、
使用者かサンプル標本をステージに載置し、手動にてス
テージを使用者の最適合焦位置に位置調整してから、自
動合焦装置の初期設定動作をスタートさせる。この初期
設定動作においては、先ず、使用者か位置調整した最適
合焦位置を含むZ方向の所要の範囲で、ステージ駆動手
段4によりステージをZ方向にスキャンし、そのスキャ
ン範囲において、ステージ位置検出手段5からの位置デ
ータに対応して、メモリ3に格納されている合焦位置演
算法に基づき合焦程度評価手段1−1〜1−nによりそ
れぞれ評価値を求め、それらの評価値をメモリ3に格納
する。次に、ステージのZ方向のスキャンが終了したら
、該メモリ3に格納された合焦程度評価手段1−1〜1
−nからの評価値をもとに、メモリ3上のプログラムに
従って、合焦程度評価手段l−1〜1−nから最適合焦
位置を与える合焦位置演算法のものを選択し、それをメ
モリ3に格納する。以後、同種のサンプル標本について
は、ステージをZ方向に移動させながら、選択した合焦
程度評価手段からの評価値に基づいてステージを対物光
学系に対して最適合焦位置に自動的に位置決めする。
In this invention, as shown in the flowchart in FIG.
After the user places the sample specimen on the stage and manually adjusts the stage to the user's optimal focusing position, the initial setting operation of the automatic focusing device is started. In this initial setting operation, the stage is first scanned in the Z direction by the stage driving means 4 in a required range in the Z direction including the optimum focus position adjusted by the user, and the stage position is detected in the scanning range. Corresponding to the position data from the means 5, evaluation values are determined by the focusing degree evaluation means 1-1 to 1-n based on the focusing position calculation method stored in the memory 3, and these evaluation values are stored in the memory. Store in 3. Next, when the scanning of the stage in the Z direction is completed, the focusing degree evaluation means 1-1 to 1 stored in the memory 3
Based on the evaluation value from -n, select the focus position calculation method that gives the optimum focus position from the focus degree evaluation means l-1 to 1-n according to the program in the memory 3, and select it. Store in memory 3. Thereafter, for the same type of sample specimen, while moving the stage in the Z direction, the stage is automatically positioned at the optimal focusing position with respect to the objective optical system based on the evaluation value from the selected focusing degree evaluation means. .

なお、各合焦程度評価手段1−1〜l−nによるステー
ジのZ方向スキャン範囲の各位置での評価値は、ステー
ジをZ方向にスキャンしながらその各位置での情報、例
えば画像情報等の情報をもとに演算してもよいし、スキ
ャン範囲の各位置で情報をメモリし、スキャン終了後に
メモリした情報をもとに演算してもよい。
Note that the evaluation value at each position in the Z-direction scan range of the stage by each of the focusing degree evaluation means 1-1 to l-n is based on information at each position while scanning the stage in the Z-direction, such as image information, etc. The calculation may be performed based on the information, or the information may be stored at each position in the scan range and the calculation may be performed based on the stored information after the scan is completed.

以上のように、それぞれ異なる合焦位置演算法による複
数の合焦程度評価手段1−1〜1−nを設け、使用者が
手動にて調整した最適合焦位置を含む所要の範囲でステ
ージをZ方向にスキャンしてその各位置での評価値をそ
れぞれ求め、それらの評価値をもとに合焦程度評価手段
l−1−1−nから最適合焦位置を与える合焦位置演算
法のものを選択するようにすれば、使用者の意図が反映
された最適合焦位置に再現性よく常に安定して高精度で
位置決めできると共に、未知の標本に対しても最適な合
焦位置演算法をもって自動合焦することが可能となる。
As described above, a plurality of focus degree evaluation means 1-1 to 1-n each using different focus position calculation methods are provided, and the stage is set within a required range including the optimum focus position manually adjusted by the user. A focus position calculation method that scans in the Z direction and obtains evaluation values at each position, and then uses the focus degree evaluation means l-1-1-n to determine the optimum focus position based on those evaluation values. By selecting the target object, the optimum focus position that reflects the user's intention can be consistently and accurately positioned with good reproducibility, and the optimum focus position calculation method can also be used for unknown specimens. Automatic focusing is possible with

なお、ここではわかり易いように合焦程度評価手段を別
に設けたが、情報入力手段からの情報に基づきメモリに
格納されている合焦位置演算法のプログラムに応じてC
PU中で処理することもできる。
Note that here, a focus degree evaluation means is provided separately for ease of understanding, but the C
It can also be processed in the PU.

〔実施例〕〔Example〕

第3図はこの発明の第1実施例を示すブロック図である
。この実施例は、−船釣な光学顕微鏡に適用したもので
、顕微鏡画像を取り込み、その画像の鮮鋭度を評価する
周知のコントラスト法によってどの程度合焦に近いかあ
るいは遠いかを示す合焦状態を検出するようにしたもの
である。
FIG. 3 is a block diagram showing a first embodiment of the invention. This example is applied to a marine optical microscope, where a microscope image is captured and the focus state is determined by a well-known contrast method that evaluates the sharpness of the image to indicate how close or far it is in focus. It is designed to detect.

顕微鏡画像は、画像入力部11に入力して画像信号に変
換する。この画像入力部11は、例えばCCD等の固体
撮像素子をもって構成し、これを演算制御装置(CPU
)12によりタイミングジェネレータ13およびクロッ
クトライバ14を介して駆動して、その画像信号をヘッ
ドアンプエ5、サンプルホールド回路16およびアナロ
グ−デジタル(A/D)変換回路17を経てCPL11
2に格納するようにする。なお、画像入力部11におけ
る顕微鏡画像の蓄積時間は、CPU12によりタイミン
グジェネレータ13およびクロックトライバ14を介し
て制御可能に構成すると共に、ヘッドアンプ15のゲイ
ンもCPU12によって制御可能に構成する。
The microscope image is input to the image input section 11 and converted into an image signal. The image input unit 11 is configured with a solid-state image sensor such as a CCD, and is connected to a calculation and control unit (CPU).
) 12 via a timing generator 13 and a clock driver 14, and the image signal is sent to a CPL 11 via a head amplifier 5, a sample hold circuit 16, and an analog-to-digital (A/D) conversion circuit 17.
2. The storage time of the microscope images in the image input section 11 is configured to be controllable by the CPU 12 via the timing generator 13 and the clock driver 14, and the gain of the head amplifier 15 is also configured to be controllable by the CPU 12.

この実施例では、標本を載置するステージを対物光学系
の光軸方向(Z方向)に移動させて合焦調整を行う。こ
のため、ステージをZ方向に駆動するステージ駆動装置
21を設け、このステージ駆動装置21をCPtJ12
によりコントローラ22およびドライバ23を介して駆
動するようにする。なお、ステージ駆動装置21は、例
えば直流モータやステッピングモータをもって構成する
In this embodiment, focus adjustment is performed by moving the stage on which the specimen is placed in the optical axis direction (Z direction) of the objective optical system. For this reason, a stage drive device 21 that drives the stage in the Z direction is provided, and this stage drive device 21 is
The controller 22 and the driver 23 are used to drive the controller 22 and the driver 23. Note that the stage drive device 21 includes, for example, a DC motor or a stepping motor.

また、ステージ駆動装置21によって駆動されるステー
ジの2方向の位置を検出するため、ステージ位置検出装
置25を設け、その出力をCPU12に供給する。この
ステージ位置検出装置25は、例えばエンコーダ等をも
って構成する。
Further, in order to detect the position in two directions of the stage driven by the stage drive device 21, a stage position detection device 25 is provided, and its output is supplied to the CPU 12. This stage position detection device 25 is configured with, for example, an encoder.

さらに、CPU12には、データ格納用のRAM31、
プログラム格納用のROM32 、キー人力部33およ
び表示装置34を制御するための入力/表示コントロー
ラ35および、顕微鏡に対して対物レンズの種類や倍率
等の光学系の情報等をアクセスしたり、その他の情報を
送受するためのインターフェース36を接続して設ける
Furthermore, the CPU 12 includes a RAM 31 for data storage,
A ROM 32 for storing programs, an input/display controller 35 for controlling the key input section 33 and the display device 34, and an input/display controller 35 for controlling the microscope's optical system information such as the type of objective lens and magnification, and for other functions. An interface 36 for transmitting and receiving information is connected and provided.

以下、この実施例の動作を説明する。The operation of this embodiment will be explained below.

顕微鏡で観察する標本は種々のものがあるが、実際の使
用においては同種の標本を観察する場合が非常に多い。
There are various types of specimens that can be observed under a microscope, but in actual use, specimens of the same type are very often observed.

そこで、この実施例では、種々の標本を観察する場合の
標準の合焦位置演算法と、この標準合焦位置演算法を含
む同種の標本を観察する場合のそれぞれ異なる複数の合
焦位置演算法とをROM32に格納しておき、種々の標
本の観察モードにおいてはその標準合焦位置演算法によ
り自動合焦を行い、同種の標本の観察モードにおいては
、以下に説明する初期設定によって、複数の合焦位置演
算法から当該標本に最適の合焦位置演算法を選択して自
動合焦を行う。
Therefore, in this embodiment, a standard focusing position calculation method is used when observing various specimens, and a plurality of different focusing position calculation methods are used when observing the same type of specimen, including this standard focusing position calculation method. is stored in the ROM 32, and in the observation mode of various specimens, automatic focusing is performed using the standard focusing position calculation method, and in the observation mode of the same kind of specimen, multiple From among the focus position calculation methods, the optimum focus position calculation method for the specimen is selected and automatic focusing is performed.

この同種標本観察モードにおいては、使用者はこれから
観察する標本より代表的なものを一つ選んでステージに
載置し、自分の好む合焦位置にステージを位置調整して
から、キー人力部33のキー操作によって初期設定動作
をスタートさせる。
In this homogeneous specimen observation mode, the user selects a representative specimen from among the specimens to be observed, places it on the stage, adjusts the stage to his or her preferred focusing position, and then The initial setting operation is started by key operation.

初期設定動作が開始すると、先ず、CPtJ12は使用
者が位置調整した合焦位置のステージ位置データをステ
ージ位置検出装置25から取り込むと共に、顕微鏡をア
クセスして現在の対物レンズの種類等の対物データをイ
ンターフェース36を介して取り込み、それらのデータ
をもとに使用者が位置調整した合焦位置を含むステージ
のZ方向のスキャン範囲を決定する。次に、現在すなわ
ち使用者が位置調整した合焦状態で画像入力部11に入
力している画像情報に基づいて、CPU12によりヘッ
ドアンプ15のゲインおよび画像入力部用における顕微
鏡画像の蓄積時間を設定し、その後上記スキャン範囲で
ステージを粗くスキャンして、その設定したヘッドアン
プ15のゲインおよび画像入力部IIの蓄積時間が適当
か否かを、CPL112により入力画像情報のレベルに
基づいて判断し、設定が不適当な場合にはそれらを修正
する。
When the initial setting operation starts, the CPtJ12 first imports the stage position data of the focus position adjusted by the user from the stage position detection device 25, and also accesses the microscope to obtain objective data such as the type of the current objective lens. The scanning range of the stage in the Z direction including the focus position adjusted by the user is determined based on the data acquired through the interface 36. Next, the gain of the head amplifier 15 and the accumulation time of the microscope image for the image input section are set by the CPU 12 based on the image information currently being input to the image input section 11 in the focused state adjusted by the user. Then, the stage is roughly scanned in the above scanning range, and the CPL 112 determines whether the set gain of the head amplifier 15 and the storage time of the image input section II are appropriate based on the level of the input image information, If the settings are inappropriate, correct them.

以上の動作か終了したら、顕微鏡からの対物データに基
づいてスキャン時のステップ幅を決定し、次にステージ
を上記のスキャン範囲で移動させながら、そのスキャン
範囲で上記のステップ幅毎に画像情報を取り込む。その
後、各ステップ位置での画像情報の取り込みが終了した
ら、各ステップ位置での画像情報に基づいて、ROM3
2に格納したそれぞれ異なる複数の合焦位置演算法によ
りコントラスト評価値を求め、それら各合焦位置演算法
によるコントラスト評価値をRAM31に格納する。
After completing the above operations, determine the step width during scanning based on the objective data from the microscope, and then move the stage within the above scan range and acquire image information for each step width within that scan range. take in. After that, when the image information at each step position is completed, the ROM 3 is loaded based on the image information at each step position.
Contrast evaluation values are obtained using a plurality of different focusing position calculation methods stored in 2, and the contrast evaluation values obtained by each of these focusing position calculation methods are stored in the RAM 31.

ここて、コントラスト評価値は、・得られた画像1を報
をもとに、以下に示す式により移動平均を計なお、簡単
のため上式では、−次元のものについて示したか、実際
には入力画素情報X1のL個分の移動平均y1を求め、
そのylをX2として2番目の式で差分を計算して、最
終的にVt、を演算する。
Here, the contrast evaluation value is calculated by calculating the moving average using the formula shown below based on the information of the obtained image 1.For simplicity, the above formula is shown for the -dimensional one, or actually Find the moving average y1 of L pieces of input pixel information X1,
The difference is calculated using the second equation using yl as X2, and finally Vt is calculated.

この実施例では、それぞれ異なる複数の合焦位置演算法
として、上式(7)LがL=1.5.8.10 (7)
 4種の合焦位置演算法をROM32に格納しておく。
In this example, as a plurality of different focusing position calculation methods, the above equation (7) L is L=1.5.8.10 (7)
Four types of focusing position calculation methods are stored in the ROM 32.

このようにして、各合焦位置演算法によりコントラスト
評価値を求めると、例えば第4図に示すような評価値特
性が得られる。
When contrast evaluation values are obtained using each focus position calculation method in this manner, evaluation value characteristics as shown in FIG. 4, for example, are obtained.

次に、ROM32に格納されたプログラムに基づき、各
合焦位置演算法により求めた評価値特性から、所定の値
y thよりも高いピーク値を有する合焦位置演算法、
第4図の場合はL =1.5.8の合焦位置演算法を選
択する。その後、これら選択した合焦位置演算法から、
例えば第5図に示すように、対物レンズの焦点深度内の
vLの変化△VLか最大となるもの、第4図の場合はL
=8の合焦位置演算法を演算による最適合焦位置演算法
として選択してRAM3]に格納し、以後はこのf?A
M31に格納した最適合焦位置演算法によって自動合焦
を行う。
Next, based on the program stored in the ROM 32, from the evaluation value characteristics obtained by each focus position calculation method, a focus position calculation method having a peak value higher than a predetermined value y th,
In the case of FIG. 4, the focusing position calculation method of L=1.5.8 is selected. Then, from these selected focusing position calculation methods,
For example, as shown in Figure 5, the change in vL within the depth of focus of the objective lens △VL is the maximum, and in the case of Figure 4, L
The focusing position calculation method of =8 is selected as the optimum focusing position calculation method by calculation and stored in RAM3], and from now on, this f? A
Automatic focusing is performed using the optimum focusing position calculation method stored in M31.

以上のように、この実施例によれば、使用者か手動にて
調整した合焦位置を含む所要のスキャン範囲でステージ
をZ方向にスキャンし、その各位置でそれぞれ異なる合
焦位置演算法により評価値を求め、それらの評価値をも
とに最適合焦位置を与える合焦位置演算法を選択するよ
うにしたので、標本を使用者の意図が反映された最適合
焦位置に常に安定して高精度で位置決めすることかでき
る。
As described above, according to this embodiment, the stage is scanned in the Z direction in the required scan range including the focus position manually adjusted by the user, and a different focus position calculation method is used at each position. Since evaluation values are determined and a focusing position calculation method is selected based on those evaluation values, the optimum focusing position that reflects the user's intention is always maintained. positioning with high precision.

なお、最適合焦位置演算法を選択した後の自動合焦動作
においては、評価値V+、か所定値V1.よりも高くな
る範囲(第4図においてZa−Zb)、サンプル標本の
厚みの誤差、ステージ高さの誤差による影響を考慮して
、ステージのZ方向スキャン範囲を決定すれば、高速で
自動合焦させることができる。
Note that in the automatic focusing operation after selecting the optimum focusing position calculation method, the evaluation value V+ or the predetermined value V1. If the Z-direction scan range of the stage is determined by taking into account the range higher than that (Za-Zb in Fig. 4), the error in the thickness of the sample, and the error in the stage height, automatic focusing can be achieved at high speed. can be done.

第6図はこの発明の第2実施例を示すものである。この
実施例は、第3図に示した構成に、高速演算装置として
のデジタルシグナルプロセッサ(DSP)41およびこ
のDSP41用のメモリ42を付加し、これによりデジ
タルフィルタや高速フーリエ変換(FFT)処理の高速
化を可能にして、合焦位置演算法として画像の空間周波
数分布により合焦状態を検出するようにしたもので、そ
の他の構成は第3図と同様である。
FIG. 6 shows a second embodiment of the invention. In this embodiment, a digital signal processor (DSP) 41 as a high-speed arithmetic unit and a memory 42 for this DSP 41 are added to the configuration shown in FIG. This system enables high-speed operation and detects the focused state based on the spatial frequency distribution of the image as a method of calculating the focused position.The other configuration is the same as that shown in FIG.

以下、この実施例の動作を説明する。The operation of this embodiment will be explained below.

第1実施例と同様にしてステージのスキャン範囲を決定
したら、そのスキャン範囲でステージを移動させながら
、その各位置での画像情報を取り込んてDSP41によ
りFFT処理を行う。ここで、画像情11の画素数を一
次元で512画素とすると、フーリエ変換された結果の
実数部の片側は、例えば第7図に示すようになる。
Once the scan range of the stage is determined in the same manner as in the first embodiment, while the stage is moved within the scan range, image information at each position is captured and FFT processing is performed by the DSP 41. Here, if the number of pixels of the image information 11 is one-dimensionally 512 pixels, one side of the real part of the Fourier transformed result will be as shown in FIG. 7, for example.

そこで、この実施例では、フーリエ変換によって得られ
る実数部のパワースペクトルの大きさか、スキャン範囲
によって大きく変化する空間周波数を例えばfl、f、
およびfcとして、それらを予めDSP用メセメモリ4
2納しておき、取り込んだ画像情報のfl、f、および
f、の変化特性を第8図に示すようにそれぞれ求める。
Therefore, in this embodiment, the size of the power spectrum of the real part obtained by Fourier transform or the spatial frequency that changes greatly depending on the scan range, for example, fl, f, etc.
and fc, they are stored in advance in the DSP meme memory 4.
2, and the change characteristics of fl, f, and f of the captured image information are determined as shown in FIG.

以上のようにして、スキャン範囲での画像情報のfl、
f、およびfeの変化特性を求めたら、その変化特性か
ら予め手動で調整した合焦位置近傍でパワースペクトル
が最大となり、かつレベルの大きい変化特性を与える空
間周波数、第8図の場合には空間周波数f、を最適合焦
位置演算法として選択してDSP用メセメモリ42納す
る。以後は、このDSP用メセメモリ42納した最適合
焦位置演算法に応じて、DSP41でその周波数を中心
としたデジタルのバンドパスフィルタを構成し、これに
より入力される画像情報をフィルタ処理して合焦程度を
評価しながら自動合焦を行う。
As described above, image information fl in the scan range,
After finding the change characteristics of f and fe, from the change characteristics, the power spectrum becomes the maximum near the focusing position that has been manually adjusted in advance, and the spatial frequency that gives the change characteristics with a large level, in the case of Fig. 8, is the spatial frequency. The frequency f is selected as the optimal focusing position calculation method and stored in the DSP meme memory 42. Thereafter, in accordance with the optimal focus position calculation method stored in this DSP meme memory 42, the DSP 41 configures a digital bandpass filter centered around that frequency, and the input image information is filtered and focused using this. Autofocus is performed while evaluating the focus level.

このように、この実施例によれば、使用者が手動にて調
整した合焦位置を含む所要のスキャン範囲でステージを
Z方向にスキャンして、その各位置で予め設定した異な
る空間周波数(合焦位置演算法)のパワースペクトルを
求め、それらのパワースペクトル変化をもとに最適合焦
位置を与える空間周波数(最適合焦位置演算法)を選択
するようにしたので、サンプル標本に最適なフィルタ処
理を施した画像情報をもとに高精度の合焦程度の評価を
行うことかでき、したかってサンプル標本を使用者の意
図が反映された最適合焦位置に常に安定して高精度で位
置決めすることかできる。
As described above, according to this embodiment, the stage is scanned in the Z direction in the required scanning range including the focusing position manually adjusted by the user, and different spatial frequencies (focusing The power spectrum of the focus position calculation method) is determined, and the spatial frequency that gives the optimal focus position (optimum focus position calculation method) is selected based on the change in the power spectrum, so it is possible to find the optimal filter for the sample. Based on the processed image information, it is possible to evaluate the degree of focus with high precision, and thus the sample specimen can be always stably and precisely positioned at the optimal focus position that reflects the user's intentions. I can do something.

また、上記のように初期設定によって最適空間周波数を
選択することにより、DSP41を用いてもリアルタイ
ムでやることか困難なフィルタの最適化を行うことがで
きる。
Furthermore, by selecting the optimal spatial frequency through initial settings as described above, it is possible to perform filter optimization, which is difficult to do in real time even when using the DSP 41.

第9図はこの発明の第3実施例を示すものである。この
実施例は、第3図に示した構成を有する自動合焦装置4
5に画像処理装置46およびコンピュータ47を付加し
たものである。このように、画像処理装置46およびコ
ンピュータ47を付加すれば、それらのメモリおよび演
算機能を利用して、最適合焦位置演算法を選択できるの
で、自動合焦装置45の演算能力およびメモリサイズを
低減てき、したかってそのコストダウンおよび小形化を
図ることかできる。また、第1および第2実施例では不
可能な複雑な合焦位置演算法や、より多くの同種または
多種類の合焦位置演算法から最適合焦位置を与える合焦
位置演算法を選択することも可能となる。
FIG. 9 shows a third embodiment of the invention. This embodiment uses an automatic focusing device 4 having the configuration shown in FIG.
5 with an image processing device 46 and a computer 47 added thereto. In this way, by adding the image processing device 46 and the computer 47, the optimal focusing position calculation method can be selected using their memory and calculation functions, so that the calculation capacity and memory size of the automatic focusing device 45 can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the cost and size. In addition, a complex focus position calculation method that is not possible in the first and second embodiments, or a focus position calculation method that provides the optimal focus position from more of the same type or multiple types of focus position calculation methods may be selected. It also becomes possible.

なお、この発明は上述した実施例にのみ限定されるもの
ではなく、幾多の変形または変更か可能である。例えば
、上述した実施例では、画像入力部11をCOD等の固
体撮像素子をもって構成したか、汎用のTV左カメラも
って構成することもてきる。
Note that the present invention is not limited only to the embodiments described above, and numerous modifications and changes are possible. For example, in the above-described embodiment, the image input section 11 is configured with a solid-state imaging device such as a COD, or may be configured with a general-purpose TV left camera.

また、上述した実施例では、エンコーダ等のステージ位
置検出装置25を設けてステージのZ方向の位置を検出
するようにしたか、ステージ駆動装置21としてステッ
ピングモータを用いる場合には、その駆動パルスをCP
U12によって計数してステージの位置データを得るよ
うにすることもできる。
In addition, in the above-described embodiment, the stage position detection device 25 such as an encoder is provided to detect the position of the stage in the Z direction, or if a stepping motor is used as the stage drive device 21, its drive pulse is C.P.
It is also possible to obtain stage position data by counting by U12.

さらに、サンプル標本と対物光学系との相対距離の調整
は、上述したステージのZ方向の移動に限らず、対物光
学系をZ方向に移動させて行うようにしてもよい。
Furthermore, the adjustment of the relative distance between the sample specimen and the objective optical system is not limited to moving the stage in the Z direction as described above, but may be performed by moving the objective optical system in the Z direction.

また、第1実施例では、合焦位置演算法として上式のコ
ントラスト評価関数のしかL =1.5.8.10の4
種を用いるようにしたが、4種に限らずそれ以下、ある
いはROM32の容量が大きければ、より多(の演算法
を格納して最適のものを選択するようにしてもよい。こ
のように、より多くの演算法から選択するようにすれば
、より一層の最適化が期待できる。さらに、最適合焦位
置演算法は、コントラスト評価値とそのvL特性とを組
み合わせて選択するようにしてもよい。このようにすれ
ば、高速性と精度とをバランスさせて最適合焦位置演算
法を決定することができる。
In addition, in the first embodiment, the contrast evaluation function of the above formula is used as the focus position calculation method.
Although the number of types is used, it is not limited to four types, or if the capacity of the ROM 32 is large, more calculation methods may be stored and the optimal one may be selected. In this way, If more calculation methods are selected, further optimization can be expected.Furthermore, the optimal focus position calculation method may be selected by combining the contrast evaluation value and its vL characteristic. In this way, the optimal focusing position calculation method can be determined while balancing high speed and accuracy.

また、最適合焦位置を与える合焦位置演算法を選択する
だけではなく、複数の情報処理法から得られる合焦位置
演算法を適宜組み合わせて最適な合焦位置演算法として
用いることも可能となる。
In addition to selecting the focus position calculation method that provides the optimal focus position, it is also possible to appropriately combine focus position calculation methods obtained from multiple information processing methods and use them as the optimal focus position calculation method. Become.

例えば、−例をあげると、上述したコントラスト法の他
に輝度ヒストグラムを求めてその分散を求め、求めた分
散から合焦位置を演算する方法等かあるか、コントラス
ト法により求めた評価値特性の一つと、輝度ヒストグラ
ムから求めた評価値特性の一つとを組み合わせ、加算等
することで両方の特性を利用した最適合焦位置演算法に
より合焦制御することもできる。
For example, in addition to the above-mentioned contrast method, is there a method to obtain a luminance histogram, find its dispersion, and calculate the focus position from the obtained dispersion? By combining one and one of the evaluation value characteristics obtained from the brightness histogram and adding them, it is also possible to perform focus control using an optimal focusing position calculation method that utilizes both characteristics.

さらに、通常の合焦方法では安定な動作が難しい比較的
厚めのサンプル標本を観察する場合には、VL特性が第
1O図に示すようになる場合かある。
Furthermore, when observing a relatively thick sample specimen for which stable operation is difficult using normal focusing methods, the VL characteristic may become as shown in FIG. 1O.

このような場合には、dVL/dZを演算して第11図
に示すようなdvL/dZ特性を得、そのゼロクロスが
1つのものを最適合焦位置演算法として選択することも
できる。また、この場合、選択したV、特性のピークか
合焦位置よりずれているいる場合には、そのオフセット
値を予めセットしておけばよい。なお、ゼロクロスが1
つのものがなく、VLが複数のピークをもつ場合は、ピ
ークを選択する。
In such a case, it is also possible to calculate dVL/dZ to obtain a dvL/dZ characteristic as shown in FIG. 11, and select a method with one zero cross as the optimum focusing position calculation method. Further, in this case, if the peak of the selected V characteristic is deviated from the in-focus position, the offset value may be set in advance. In addition, zero cross is 1
If there is no peak and the VL has multiple peaks, select the peak.

また、最適合焦位置演算法は、複数のサンプル標本を用
い、それらのデータの平均や分散を加味して選択するよ
うにしてもよい。このようにすれば、より信頼性の高い
最適合焦位置演算法の選択が可能となる。
Further, the optimal focusing position calculation method may be selected by using a plurality of samples and taking into consideration the average and variance of the data. In this way, it becomes possible to select a more reliable optimal focusing position calculation method.

さらに、サンプル標本の特定のパターンの合焦か重要で
ある場合には、初期設定時にその特定パターンを有する
領域を視野中心に位置させる等の条件を加えれば、初期
設定で合焦程度の評価を効率的に行うことができる。
Furthermore, if focusing on a specific pattern of the sample specimen is important, you can add conditions such as locating the area with the specific pattern at the center of the field of view during the initial settings to evaluate the degree of focus during the initial settings. It can be done efficiently.

また、この発明は上述した顕微鏡における自動合焦に限
らず、種々の光学機器における自動合焦に有効に適用す
ることかできる。
Further, the present invention is not limited to automatic focusing in the above-mentioned microscope, but can be effectively applied to automatic focusing in various optical instruments.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によれば、使用者の意図する合
焦位置に調整された光学系および対象物体の相対距離を
含む所要の相対距離範囲で、光学系および対象物体を相
対的に駆動して複数の合焦位置演算法によりそれぞれ評
価特性を検出し、これら評価特性に基づいて複数の合焦
位置演算法から自動合焦を行う際の最適合焦位置を与え
る合焦位置演算法を選択するようにしたので、対象物体
を使用者の意図する最適合焦位置に再現性よく常に安定
して高精度で位置決めできる。
As described above, according to the present invention, the optical system and the target object are relatively driven within a required relative distance range that includes the relative distance between the optical system and the target object that are adjusted to the focusing position intended by the user. Then, each of the evaluation characteristics is detected using multiple focus position calculation methods, and based on these evaluation characteristics, a focus position calculation method that provides the optimal focus position when performing automatic focusing is determined from the multiple focus position calculation methods. Since the selection is made, it is possible to always stably and accurately position the target object at the optimal focusing position intended by the user with good reproducibility.

また、顕微鏡に適用する場合には、使用する検鏡法、使
用する鏡基の特性、サンプル標本等を含めて初期設定時
に評価することかできるので、本質的に最適な合焦位置
演算法を選択でき、したかって高精度かつ高速に自動合
焦できると共に、従来対応が困難であったサンプル標本
にも有効に対応することかできる。
Furthermore, when applied to a microscope, it is possible to evaluate the microscopy method to be used, characteristics of the mirror base to be used, sample preparation, etc. at the time of initial setup, so essentially the optimal focusing position calculation method can be determined. Therefore, it is possible to autofocus with high precision and high speed, and it is also possible to effectively deal with samples that have been difficult to deal with in the past.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の概念図、 第2図はその動作を説明するためのフローチャート、 第3図はこの発明の第1実施例を示すブロック図、 第4図および第5図はその動作を説明するための図、 第6図はこの発明の第2実施例を示すブロック図、 第7図および第8図はその動作を説明するための図、 第9図はこの発明の第3実施例を示すブロック図、 第10図および第11図この発明の詳細な説明するため
の図、 第12図は従来の技術を説明するための図である。 1−1〜1−n−合焦程度評価手段 2・・・・制郭手段(CPU)    3−・・・メモ
リ4・・−ステージ駆動手段 5−・−ステージ位置検
出手段11−・−画像入力部    12−演算制御装
置(CPU)13−・−タイミングジェネレータ 14−クロックトライバ 15− ヘッドアンプ16 
 サンプルホールド回路 17− アナログ−デジタル(A/D)変換回路21−
ステージ駆動装置 22−  コントローラ23−−−
ドライバ     25− ステージ位置検出装置31
−RAM        32−ROM33・−キー人
力部    34−表示装置入力/表示コントローラ
Fig. 1 is a conceptual diagram of this invention, Fig. 2 is a flowchart for explaining its operation, Fig. 3 is a block diagram showing a first embodiment of this invention, and Figs. 4 and 5 illustrate its operation. Figure 6 is a block diagram showing a second embodiment of the invention; Figures 7 and 8 are diagrams explaining its operation; Figure 9 is a third embodiment of the invention. FIGS. 10 and 11 are diagrams for explaining the invention in detail, and FIG. 12 is a diagram for explaining the conventional technique. 1-1 to 1-n-Focus degree evaluation means 2...Contouring means (CPU) 3--Memory 4--Stage driving means 5--Stage position detection means 11--Image Input section 12 - Arithmetic control unit (CPU) 13 - Timing generator 14 - Clock driver 15 - Head amplifier 16
Sample hold circuit 17- Analog-digital (A/D) conversion circuit 21-
Stage drive device 22- Controller 23---
Driver 25- Stage position detection device 31
-RAM 32-ROM33・-Key human power section 34-Display device input/display controller

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、光学系の光軸方向に該光学系および対象物体を相対
的に駆動する駆動手段と、前記光学系および対象物体の
相対距離を検出する距離検出手段と、前記光学系により
得られる前記対象物体の情報に基づいてそれぞれ異なる
複数の合焦位置演算法により合焦状態を表す評価特性を
検出する合焦位置検出手段と、これら複数の合焦位置演
算法から対象物体の合焦に適した合焦位置演算法を決定
する決定手段とを具え、 使用者の意図する合焦位置に調整された前記相対距離を
含む所要の相対距離範囲で前記光学系および対象物体を
相対的に駆動して、前記複数の合焦位置演算法によりそ
れぞれ評価特性を検出し、これら評価特性に基づいて前
記複数の合焦位置演算法から自動合焦を行う際の最適合
焦位置を与える合焦位置演算法を決定するよう構成した
ことを特徴とする自動合焦装置。 2、複数の対象物体に対して、前記複数の合焦位置演算
法によりそれぞれ評価特性を検出し、これら評価特性に
基づいて前記複数の合焦位置演算法から自動合焦を行う
際の最適合焦位置を与える合焦位置演算法を選択するよ
う構成したことを特徴とする請求項1記載の自動合焦装
置。 3、複数の情報処理法に応じて複数の合焦位置演算法に
より求まる評価特性に基づき、前記最適合焦位置を与え
る合焦位置演算法を組合せにより決定するよう構成した
ことを特徴とする請求項1記載の自動合焦装置。
[Scope of Claims] 1. Driving means for relatively driving the optical system and the target object in the direction of the optical axis of the optical system; distance detecting means for detecting the relative distance between the optical system and the target object; a focus position detection means for detecting evaluation characteristics representing a focus state using a plurality of different focus position calculation methods based on information about the target object obtained by the system; determining means for determining a focusing position calculation method suitable for focusing the optical system and the target object in a required relative distance range including the relative distance adjusted to the focusing position intended by the user. drive relatively, detect evaluation characteristics using each of the plurality of focus position calculation methods, and determine an optimal focus position for performing automatic focusing from the plurality of focus position calculation methods based on these evaluation characteristics. An automatic focusing device characterized in that it is configured to determine a focusing position calculation method to be applied. 2. Detect evaluation characteristics for a plurality of target objects using the plurality of focus position calculation methods, and determine optimal focus when performing automatic focusing from the plurality of focus position calculation methods based on these evaluation characteristics. 2. The automatic focusing device according to claim 1, wherein the automatic focusing device is configured to select a focusing position calculation method that provides a focusing position. 3. The present invention is characterized in that the focus position calculation method that provides the optimum focus position is determined in combination based on evaluation characteristics determined by a plurality of focus position calculation methods in accordance with a plurality of information processing methods. The automatic focusing device according to item 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015222311A (en) * 2014-05-22 2015-12-10 オリンパス株式会社 Autofocus device and microscope system

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JP2015222311A (en) * 2014-05-22 2015-12-10 オリンパス株式会社 Autofocus device and microscope system

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