JPH07104178A - 自動焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、コントラスト特性に極大点が複数あ
る場合であっても、合焦時間が短く、合焦精度の高い合
焦動作を実現することを目的とする。 【構成】ステージ１上に載置した被写Ｓ体の光像を対物
レンズ３を介して取り込み被写体像を結像さるせ結像光
学系と、結像光学系の予定結像面に対して光学的に共役
な前後の位置に形成される前ピン像と後ピン像とを読み
取るイメージセンサ６と、イメージセンサ６からの前ピ
ン像，後ピン像の各画像信号から評価関数に基づいてコ
ントラスト値を演算するコントラスト演算手段１２と、
前ピン像のコントラスト値と後ピン像のコントラスト値
とを比較するコントラスト比較手段と、イメージセンサ
６上に形成された前ピン像と後ピン像の形状を比較する
画像形状比較手段８と、各比較結果に基づいて駆動方向
及び駆動量を制御する駆動制御手段とを具備する構成で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡等の光学機器に
適用される自動焦点検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、顕微鏡等の光学機器の焦点検出に
用いられる自動焦点検出装置（以下、ＡＦ装置と略す）
として各種方式のものが考えられており、その中の一つ
の方式として光路差光学系を用いたコントラスト方式
（以下、光路差方式と呼ぶ）が知られている。

【０００３】一般的な光路差方式は、基本的には基準結
像面に対して前後２ケ所にイメージセンサ等の受光素子
を配置し、それぞれの受光像のコントラストに対応する
信号に基づいてサーボ機構を作動させ、自動合焦動作を
行うものである。

【０００４】基準結像面より前に配置された受光素子に
よって撮像した光像（以下前ピン像と呼ぶ）のコントラ
スト信号と、基準結像面より後に配置された受光素子に
よって撮像した光像（以下、後ピン像と呼ぶ）のコント
ラスト信号とは、図７（ａ）のような特性を示すことが
知られている。なお、同図における縦軸はコントラスト
値、横軸はデフォーカス量を表している。

【０００５】図７（ａ）に示す様に、前ピン像のコント
ラストは合焦点からステージＺ方向の＋側へ少し離れた
位置で最大となる。また後ピン像のコントラストは合焦
点から前ピンと反対側のステージＺ方向の一側へ少し離
れた位置で最大となる。このとき前後２ケ所のセンサは
共役な基準結像面から等距離に配置されているので、前
ピン像、後ピン像のコントラストの最大値をとる場所は
合焦点から等距離になる。

【０００６】さらに、図７（ａ）における後ピン像のコ
ントラスト値（Ａ）から前ピン像のコントラスト値
（Ｂ）を差し引いた値（以下、Ｓ字カーブと呼ぶ）を図
７（ｂ）に示す。同図（ｂ）の縦軸は差分コントラスト
値、横軸はデフォーカス量である。同図（ｂ）に示す様
に合焦点は（Ａ−Ｂ）の値が０となる点と一致する。こ
の点をクロスポイントと呼ぶ。

【０００７】また被写体物が合焦点へ近づいている場
合、（Ａ−Ｂ）は正となり、一方、被写体物が合焦点か
ら離れている場合、（Ａ−Ｂ）は負となる。従来の光路
差方式は、前ピン／後ピン像のコントラスト値の差分を
とり、その符号で被写体または撮影レンズを移動させ、
前ピン／後ピンのコントラスト値の差分が０となるま
で、この動作を繰り返すものであった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た光路差方式は、被写体像のコントラストのピークが複
数存在する場合にはＡＦ制御が困難であった。被写体像
のコントラストのピークが複数存在する例として位相差
検鏡が挙げられる。

【０００９】図８（ａ）は、位相差検鏡における前ピン
／後ピンのコントラスト特性を示したものである。同図
（ａ）の縦軸はコントラスト値、横軸はデフォーカス量
を表している。

【００１０】同図（ａ）に示す様に、位相差検鏡におけ
るコントラスト特性は、前ピン／後ピンの合焦点におけ
る極大値（同図中Ａ，Ａ′）の他に極大値（同図中、
Ｂ，Ｂ′，Ｃ，Ｃ′）を持っている。Ａ，Ａ′は前ピン
像，後ピン像のコントラスト値の最大点となる。図８
（ａ）に示す前ピン／後ピンのコントラスト特性よりＳ
字カーブを導いたものを図８（ｂ）に示す。

【００１１】従来の光路差方式では同図（ｂ）に示すＡ
の位置に被写体が存在した場合、 （１）Ｓ字カーブの符号が正なので駆動方向（ａ）にス
テージまたは撮影レンズを移動させる （２）偽合焦点（Ｉ）でＳ字カーブは０となるので、そ
の時点でＡＦ制御を完了する という２つの制御のいずれか一方が実行される可能性が
ある。

【００１２】しかし、偽合焦点（Ｉ）は本来の合焦点と
異なった位置であり、この位置でＡＦ制御を完了したの
では完全な合焦状態を得ることはできない。また、従来
のＡＦ制御では、図８（ｂ）に示すＣの位置に被写体が
存在した場合、偽合焦点（ＩＩ）点を合焦点とみなして
しまう可能性がある。すなわち、被写体がＢの範囲にあ
る場合にのみ完全なＡＦ制御が可能となる。

【００１３】この様な不具合に対し、Ｂの範囲に被写体
を移動させるために一度合焦範囲をスキャンする方法が
考えられる。しかし、この方法では、スキャン時間が必
要となるため合焦速度は低下してしまう。

【００１４】また、（Ｉ）の様な偽合焦点に達したら強
制的にステージまたは撮影レンズを駆動してＢの範囲に
被写体を移動させる方法が考えられる。しかし、この方
法はコントラストの極大点が合焦点以外になるならば対
応可能であるが、偽合焦点（Ｉ）の位置が常に一定位置
にあるとは限らず、また極大点がさらに増えた場合には
対応できず合焦精度、合焦確率も低下してしまう。

【００１５】さらに前ピン、後ピンのコントラストカー
ブが重ならない様に基準合焦点から前ピン、後ピンセン
サを遠ざけ図９の様な特性を持たせることが考えられ
る。しかし、この様な方法では、撮影レンズの倍率毎に
前ピン／後ピンセンサ位置を変化させる駆動機構が必要
となり装置が複雑化する問題がある。その他の方法でも
センサを離すため装置が大型化してしまう。また、合焦
点を示すクロスポイントは同図中に示すＡ位置からＢ位
置へ移り、かなりデフォーカスした位置となることか
ら、合焦精度が低下する問題がある。

【００１６】本発明は、以上のような実情に鑑みてなさ
れたもので、位相差検鏡の様に被写体像のコントラスト
特性に極大点が複数ある場合であっても、装置を複雑
化，大型化することなく合焦時間が短く、かつ合焦精度
の高い合焦動作を実現する自動焦点検出装置を提供する
ことを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、次の様な手段を講じた。請求項１に対応
する自動焦点検出装置は、ステージ上に載置した被写体
の光像を対物レンズを介して取り込み所定位置に被写体
像を結像さるせ結像光学系と、前記結像光学系の予定結
像面に対して光学的に共役な前後の位置に形成される前
ピン像と後ピン像とを読み取る少なくとも一つのイメー
ジセンサと、前記イメージセンサから出力された前ピン
像および後ピン像の各画像信号から所定の評価関数に基
づいて両者のコントラスト値を演算するコントラスト演
算手段と、前記コントラスト演算手段で算出された前ピ
ン像のコントラスト値と後ピン像のコントラスト値とを
比較するコントラスト比較手段と、前記イメージセンサ
上に形成された前ピン像と後ピン像の形状を比較する画
像形状比較手段と、前記ステージと前記対物レンズとの
光軸方向の相対位置を変化させる駆動手段と、前記コン
トラスト比較手段と前記画像形状比較手段の各比較結果
に基づいて前記駆動手段の駆動方向及び駆動量を制御す
る駆動制御手段とを具備する構成とした。

【００１８】請求項２に対応する自動焦点検出装置は、
上記請求項１に記載の構成において、前記画像形状比較
手段を、前記イメージセンサから出力される前ピン像と
後ピン像のアナログ画像信号をデジタル信号に変換する
デジタル変換手段と、前記デジタル変換手段から出力さ
れる前ピン像と後ピン像のデジタル画像信号をそれぞれ
格納する格納手段と、前記格納手段から前ピン像のデジ
タル画像信号と後ピン像のデジタル画像信号とを読込
み、当該被写体像の同一位置に対する前ピン像と後ピン
像とのデジタル画像信号の差分をとる画像信号差分手段
と、前記画像信号差分手段で得られた被写体像全体に対
する差分の総和を計算する差分総和出力手段と、前記差
分総和出力手段からの出力信号がある所定の値以下であ
れば前ピン像と後ピン像の形状を同一とみなす画像認識
手段とを具備して構成とした。

【００１９】請求項３に対応する自動焦点検出装置は、
上記請求項１に記載の構成において、上記画像形状比較
手段を、前記イメージセンサから出力される前ピン像と
後ピン像のアナログ画像信号をデジタル信号に変換する
デジタル変換手段と、前記デジタル変換手段から出力さ
れる前ピン像と後ピン像のデジタル画像信号をそれぞれ
格納する格納手段と、前記格納手段から前ピン像の画像
信号を読み込み、その読み込んだ画像信号の極大値と極
小値が被写体に対してどの位置に存在するかを検出する
前ピン極値位置検出手段と、前記格納手段から後ピン像
の画像信号を読み込み、その読み込んだ画像信号の極大
値と極小値が被写体に対してどの位置に存在するかを検
出する後ピン極値位置検出手段と、前記前ピン極値位置
検出手段からの被写体に対する極値位置と前記後ピン極
値位置検出手段からの被写体に対する極値位置とのずれ
量の総和を計算する極値位置ずれ量検出手段と、前記極
値位置ずれ量検出手段で得られるずれ量の総和が所定値
以下であれば、前ピン像と後ピン像が同一形状であると
みなす画像認識手段とを具備する構成とした。

【００２０】請求項４に対応する自動焦点検出装置は、
上記請求項１〜請求項３のいずれかの構成において、前
記画像認識手段が前ピン像と後ピン像の形状が不一致で
あると判断したならば、前記駆動手段によるステージあ
るいはレンズ駆動量を大きな値に変更する強制駆動制御
手段を具備する構成とした。

【００２１】

【作用】請求項１に対応する自動焦点検出装置では、結
像光学系によって被写体像が結像され、その前ピン像と
後ピン像とがイメージセンサによって画像信号に変換さ
れてコントラス比較手段および画像形状比較手段へ与え
られる。コントラス比較手段では前ピン像と後ピン像と
のコントラスト値が比較され、画像形状比較手段では前
ピン像と後ピン像の形状が比較される。そして両比較結
果に基づいて駆動手段による駆動方向および駆動量が決
定される。

【００２２】例えば、被写体像の前ピン像と後ピン像の
コントラスト特性が図８に示すように極値が複数ある場
合には、前ピン像と後ピン像とのコントラスト値の差分
が所定値以下で、かつ前ピン像と後ピン像の形状がほぼ
一致した場合に合焦動作を終了させることができる。前
ピン像と後ピン像とのコントラスト値の差分が０の位置
がクロスポイントである。また予定結像面の前後の共役
面に前ピン像と後ピン像を形成しているので、両者の形
状が一致した位置が合焦位置である。

【００２３】従って、双方の比較結果のＡＮＤ条件をと
ることによりステージと対物レンズの相対位置を確実に
合焦状態にすることができる。請求項２に対応する自動
焦点検出装置では、被写体像の前ピン像と後ピン像とが
イメージセンサで画像信号の形で取り出され、デジタル
変換手段でデジタル画像信号に変換された後、格納手段
に格納される。

【００２４】画像信号差分手段では、格納手段から読出
されたデジタル画像信号から前ピン像と後ピン像の各画
像信号の差分が求められる。さらに差分総和出力手段で
被写体像全体に対する差分の総和が計算される。そして
差分総和出力手段で求められる総和が所定値以下の場合
に前ピン像と後ピン像の形状が一致していると判定され
る。

【００２５】請求項３に対応する自動焦点検出装置で
は、前ピン極値位置検出手段により前ピン像の画像信号
の極大値と極小値が被写体に対してどの位置に存在する
か検出され、後ピン極値位置検出手段により後ピン像の
画像信号の極大値と極小値が被写体に対してどの位置に
存在するか検出される。そして前ピン極値位置検出手段
からの極値位置と前記後ピン極値位置検出手段からの極
値位置とのずれ量の総和が極値位置ずれ量検出手段で計
算され、その計算されたずれ量の総和が所定値以下であ
れば前ピン像と後ピン像が同一形状であるとみなされ
る。

【００２６】請求項４に対応する自動焦点検出装置で
は、前ピン像と後ピン像の形状が不一致であると判断さ
れると、強制駆動制御手段により駆動手段によるステー
ジあるいはレンズ駆動量が画像形状が不一致と判定され
た直後の一回のみの大きな値に変更される。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１には本発明に係る自動焦点検出装置を顕微鏡に適用し
た実施例の構成が示されている。

【００２８】顕微鏡の光学系は、上下方向へ移動可能な
ステージ１に載置した被写体としての標本Ｓを照明する
ため、落射検鏡のための落射用光源２と透過検鏡のため
の透過用光源２′とを備えている。落射用光源２からの
落射照明光は観察光軸上に配置したハーフミラー２２で
被写体側へ反射され、対物レンズ３を通って被写体Ｓに
入射する。また透過用光源２′からの透過照明光はステ
ージ１の下方に設置したミラー２３で被写体側へ反射さ
れ、ステージ１の光路用開口部を通って被写体Ｓを下か
ら照明する。

【００２９】いずれかの光源２，２′によって得られる
被写体Ｓからの光束は対物レンズ３，ハーフミラー２２
を通過して光路分岐部材２４に入射する。この光路分岐
部材２４により光束の一部が接眼レンズＬへ導かれ、他
の光束が結像レンズ４へ導かれる。

【００３０】結像レンズ４を通過した光束は、分割プリ
ズム５で２分割され、その分割された２つの光束が平行
な状態でＣＣＤセンサ６の受光面に入射する。ＣＣＤセ
ンサ６に入射する２光束は分割プリズム５により、結像
レンズ４の出射面からＣＣＤセンサ６の受光面に至まで
の光路長が異なる。そして結像レンズ４を含む結像光学
系の予定結像面に対する前後の光学的に共役な位置（前
側共役面と後側共役面）にＣＣＤセンサ６の受光面を一
致させている。従って、ＣＣＤセンサ６に予定結像面か
ら共役な２位置に被写体像（前ピン像，後ピン像）が投
影さる。この２つの被写体像は被写体Ｓが合焦位置に来
た時に同一形状となる。

【００３１】なお、リングスリットＲＳと位相差用対物
レンズ３′は、位相差検鏡の場合に用いられる。一方、
上記したように構成された光学系の合焦状態を制御する
ＡＦ装置部分の構成は次のようになっている。

【００３２】ＣＣＤセンサ６は投影された光像（前ピン
像、後ピン像）の入射光量と蓄積時間に応じた電圧を持
つアナログ信号を出力する。ＣＣＤセンサ６からのアナ
ログ信号はアナログ処理部９に入力する。アナログ処理
部９はＣＣＤセンサ６からのアナログ信号に対して前ピ
ン像と後ピン像とで別々に増幅およびフィルタ処理等の
アナログ処理を施しＡ／Ｄ変換器１０へ出力する。Ａ／
Ｄ変換器１０によりデジタル化されたＣＣＤセンサ６の
出力信号は、前ピン像と後ピン像とで別々にメモリ１１
に格納される。

【００３３】メモリ１１の格納内容は演算回路１２から
読出し可能になっている。演算回路１２は、メモリ１１
に取込まれた２つの被写体像のデジタル信号を用いて、
各被写体のコントラスト値を算出する。そして２つの被
写体像のコントラスト値から被写体Ｓの合焦度を示すデ
フォーカス量を算出し、そのデフォーカス信号をＣＰＵ
８へ送信する。

【００３４】ＣＰＵ８はＣＣＤセンサ６から出力される
被写体像のアナログ信号がアナログ処理部９のレンジに
適合しているかＡ／Ｄ変換器１０を介して監視してい
る。被写体光像のアナログ信号がアナログ処理部９のレ
ンジに適合していない場合には、ＣＣＤセンサ６での電
荷蓄積時間をレンジに適合する様な蓄積時間とする命令
をタイミングジェネレータ７へ送信する。タイミングジ
ェネレータ７はＣＰＵ８からの命令に応じた電荷蓄積時
間でＣＣＤセンサ６に読出しタイミング信号を入力す
る。

【００３５】また、ＣＰＵ８は、演算回路１２からのデ
フォーカス信号に基づいて被写体Ｓを合焦位置へ移動さ
せるためのステージ１の移動量および移動方向の信号を
算出し、駆動回路１３に送信する。駆動回路１３はＣＰ
Ｕ８からの信号に基づいてステージ１を上下移動させ合
焦調節を行う。

【００３６】さらに本実施例では、自動合焦動作のスタ
ート／ストップ等の制御および現在の検鏡モード指定を
する外部コントローラ２１を備えている。以上の様に構
成された本実施例の動作について図２を用いて説明す
る。

【００３７】まず、ステージ１上に載置された被写体Ｓ
の光像が前ピン像および後ピン像の状態でＣＣＤセンサ
６に投影され、その各光像がＣＣＤセンサ６で撮像され
てメモリ１１に格納される。

【００３８】外部コントローラ２１からの信号により自
動合焦動作が開始すると（Ｓ１）、ＣＣＤセンサ６に投
影されている前ピン像と後ピン像の画像データをメモリ
１１から読み込み（Ｓ２）、ＣＣＤセンサ６から出力さ
れるアナログ信号がアナログ処理部９に適合しているか
チェックされる（Ｓ３）。レンジが適合していない場合
にはタイミングジェネレータ７にレンジが適合する様な
蓄積時間とする指令を出す。この動作はＣＣＤセンサ６
の信号がアナログ処理部９のレンジに適合するまで行わ
れる。

【００３９】レンジが適合している場合またはレンジが
適合したならば、ＣＣＤセンサ６からの信号より前ピン
像と後ピン像のコントラスト値を所定の評価関数に従っ
て計算する（Ｓ４）。そして後ピン像のコントラスト値
と前ピン像のコントラスト値の差分を計算する（Ｓ
５）。

【００４０】差分値が所定値α以上の場合には、差分値
の符号すなわち前ピン像のコントラスト値と後ピン像の
コントラスト値の大小関係からステージ１の駆動方向を
決定し、その差分値の絶対値から駆動量を算出する。そ
して決定した駆動方向へ、算出した駆動量だけステージ
１を駆動する（Ｓ６，Ｓ７）。

【００４１】このステージ駆動動作は後ピン像のコント
ラスト値と前ピン像のコントラスト値の差分値が±α以
下となるまで繰り返し実行される。後ピン像のコントラ
スト値と前ピン像のコントラスト値の差分量が±α以下
となると、通常の場合、自動合焦動作は終了する。

【００４２】ここで、外部コントローラ２１で位相差検
鏡等のモードが指定されている場合には、さらに後述す
るステップＳ８〜Ｓ９の処理が実行される。すなわち、
図３のフローチャートに従って前ピン像と後ピン像の画
像形状比較が行われる（Ｓ８）。本実施例では、光学系
の上記設定により前ピン像の画像形状と後ピン像の画像
形状とが一致する場合にのみ被写体Ｓが合焦位置にある
ので、前ピン像の画像形状と後ピン像の画像形状が一致
しないと判断された場合には、現在の位置は偽合焦点で
あると判定できる。そのため、さらに画像形状比較が行
われたステージ位置まで達した方向と同方向（すなわち
スキャン方向は保持したまま）へステージを移動させ
る。この動作は、後ピン像のコントラスト値と前ピン像
のコントラスト値の差分が所定値以下という条件と、前
ピン像の画像形状と後ピン像の画像形状が同一視できる
範囲内にあるという条件との両条件が満たされるまで繰
り返される（Ｓ９）。

【００４３】そして、両条件が満たされた場合にのみ合
焦とみなし、自動合焦動作を終了する（Ｓ１０）。次
に、上記ステップＳ８における処理である前ピン画像と
後ピン画像との画像形状の比較処理について図３を参照
し詳しく説明する。

【００４４】画像形状比較が開始されると、メモリ１１
のアドレスＡから前ピン像の画像データを読み込む（Ｓ
１）。次に、メモリ１１のアドレスＢから後ピン像の画
像データを読み込む（Ｓ２）。なお、アドレスＡとアド
レスＢは被写体像の同一位置の前ピン像、後ピン像の画
像データを格納してあるアドレスである。

【００４５】後ピン像の画像データが読み込まれると、
後ピン像の画像データと前ピン像の画像データとの差分
値の絶対値を計算する（Ｓ３）。計算した差分値の絶対
値をアドレスＣへ格納する（Ｓ４）。この動作をアドレ
スＡ，Ｂ，Ｃを１だけインクリメントしてβ回繰り返
す。但し、この時もアドレスＡ＋ｎとアドレスＢ＋ｎは
両被写体像（前ピン，後ピン）の同一位置に対応してい
る。また、βは被写体像の取り込みポイントの総数であ
る。すなわち被写体像全ての位置において前ピン画像と
後ピン画像の差分値の絶対値を算出する（Ｓ５，Ｓ
６）。

【００４６】次に、アドレスＣからアドレスＣ＋βの前
ピン画像と後ピン画像の差分の絶対値の総和を計算する
（Ｓ７）。この総和の大きさが大きい程、前ピン画像と
後ピン画像の形状は異なっていると判断できる。また総
和Ｓの大きさがγ以下の場合には、前ピン画像形状と後
ピン画像の形状はほぼ同一とみなすことができる。した
がって、総和Ｓがγ以下の場合には前ピン像の形状と後
ピン像の形状はほぼ同一と判定し、また総和Ｓの大きさ
がγ以上の場合には前ピン画像形状と後ピン画像形状は
異なっていると判断する（Ｓ８，９，１０）。

【００４７】この様な本実施例によれば、位相差検鏡の
様にコントラストカーブに極値が複数ある場合には、後
ピン像のコントラスト値と前ピン像のコントラスト値の
差分値が所定値以下となり、かつ前ピン像の画像形状と
後ピン像の画像形状が同一視できる範囲内にある場合に
合焦とみなすので、コントラストカーブに極値が複数あ
るような場合であっても、光路差光学系によって装置を
複雑化，大型化することなく、高精度に自動合焦動作を
実行することができる。

【００４８】また、画像形状の比較は、前ピン画像と後
ピン画像のコントラスト値がほぼ一致した場合にのみ実
施されるので、合焦時間は画像形状認識動作が行われな
い場合とほとんど変わらず、合焦速度は高く保持された
ままである。

【００４９】なお、本実施例ではステージ駆動により合
焦動作を行っているが、ズームや無限遠対物レンズを用
いてレンズ駆動により合焦動作を行っても本実施例と同
様の効果を得ることができる。

【００５０】本実施例では、コントラスト値を一致させ
るまでの工程と画像形状比較する工程とでステージ等の
駆動量は変化させていないが、少量の駆動量では前ピン
像のコントラストと後ピン像のコントラストとの差分値
の変化が少ない。このため前ピン像のコントラストと後
ピン像のコントラストの差分値がα以下となった後に、
画像形状比較の際のステージ駆動が少量の駆動量で繰り
返されると合焦速度が低下する原因となる。そこで、合
焦速度の低下を防止するために、画像形状認識で前ピン
画像と後ピン画像の不一致が判断された直後の初回の駆
動量のみを増加させるように構成する。

【００５１】また、上記実施例では、ＣＣＤセンサ６に
一次元センサを用いているが、ＣＣＤセンサを二次元イ
メージセンサとすれば、画像形状認識はより高精度とな
り本発明の効果を向上させることができる。

【００５２】次に、前述した実施例における前ピン画像
と後ピン画像の形状比較処理の変形例について説明す
る。本変形例に係る形状比較処理のフローチャートを図
４に示す。

【００５３】本変形例では、画像形状比較が開始される
と、アドレスＡから格納されている前ピン画像データを
読み込み（Ｓ１）、その前ピン像の画像データから極大
値あるいは極小値を検索する（Ｓ２）。極大値あるいは
極小値データが格納されたアドレスをメモリ１１のアド
レスＣから小さい順に記憶する（Ｓ３）。

【００５４】次に、アドレスＢから後ピン像の画像デー
タを読み込み（Ｓ４）、その後ピン像の画像データから
極大値あるいは極小値を検索する（Ｓ５）。極大値ある
いは極小値データが格納されていたアドレスをメモリ１
１のアドレスＤから小さい順に記憶する（Ｓ６）。

【００５５】ここで、アドレスＡとアドレスＢは被写体
像の同一位置に対応している。従って、極大値あるいは
極小値のアドレス位置は被写体像のどの位置に画像信号
の極大、極小があるか示すことになる。すなわち、合焦
時には前ピン画像と後ピン画像の形状は等しいので極大
値、極小値の位置を示すアドレスデータは図５に示すよ
うに一致する。しかし、偽合焦点では前ピン画像と後ピ
ン画像の形状は異なるため（但し、両者のコントラスト
値は一致している）、被写体像の極大、極小位置を示す
アドレスデータは図６に示すように一致しない。

【００５６】このような特性に基づいて前ピン画像と後
ピン画像の形状認識を行う。すなわち、極大アドレスデ
ータを前ピン像，後ピン像間で比較し、その差分値をと
る。そして差分値の総和Ｓを計算する（Ｓ７，Ｓ８）。
この総和Ｓがある所定の値αより小さい場合は前ピン画
像と後ピン画像の形状はほぼ等しいと認識し（Ｓ１
０）、αより大きい場合には前ピン画像と後ピン画像は
異なっていると判断する（Ｓ９）。そして総和Ｓが値α
より小さくなるまでステージ駆動を行う。

【００５７】このような本変形例によっても、前ピン画
像と後ピン画像の画像形状を比較することができる。な
お、上記変形例では、前ピン画像と後ピン画像の極大あ
るいは極小位置で両者の形状比較を行っているが、画像
形状比較に関しては他の相関関数を用いることもでき
る。本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施可能であ
る。

【００５８】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、位
相差検鏡の様に被写体像のコントラスト特性に極大点が
複数ある場合であっても、装置を複雑化，大型化するこ
となく合焦時間が短く、かつ合焦精度の高い合焦動作を
実現する自動焦点検出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図である。

【図２】図１に示す実施例における合焦判定処理のフロ
ーチャートを示す図である。

【図３】図１に示す実施例における画像比較処理のフロ
ーチャートを示す図である。

【図４】変形例に係る画像比較処理のフローチャートを
示す図である。

【図５】合焦時の前ピン，後ピンそれぞれの画像信号強
度を示す図である。

【図６】非合焦時の前ピン，後ピンそれぞれの画像信号
強度を示す図である。

【図７】光路差光学系の前ピン／後ピン画像のコントラ
スト特性およびデフォーカス特性を示す図である。

【図８】複数の極大値を持つ前ピン／後ピン画像のコン
トラスト特性およびデフォーカス特性のＳ字カーブを示
す図である。

【図９】前ピン用センサと後ピン用センサとを離した場
合のコントラスト特性を示す図である。

【符号の説明】

１…ステージ、２…落射用光源、２′…透過用光源、３
…対物レンズ、３′…位相差用対物レンズ、４…結像レ
ンズ、５…分割プリズム、６…ＣＣＤセンサ、…タイミ
ングジェネレータ、８…ＣＰＵ、９…アナログ処理部、
１０…Ａ／Ｄ変換器、１１…メモリ、１２…演算回路、
２１…外部コントローラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 5/232 Ｊ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステージ上に載置した被写体の光像を対
   物レンズを介して取り込み所定位置に被写体像を結像さ
   るせ結像光学系と、 前記結像光学系の予定結像面に対して光学的に共役な前
   後の位置に形成される前ピン像と後ピン像とを読み取る
   少なくとも一つのイメージセンサと、 前記イメージセンサから出力された前ピン像および後ピ
   ン像の各画像信号から所定の評価関数に基づいて両者の
   コントラスト値を演算するコントラスト演算手段と、 前記コントラスト演算手段で算出された前ピン像のコン
   トラスト値と後ピン像のコントラスト値とを比較するコ
   ントラスト比較手段と、 前記イメージセンサ上に形成された前ピン像と後ピン像
   の形状を比較する画像形状比較手段と、 前記ステージと前記対物レンズとの光軸方向の相対位置
   を変化させる駆動手段と、 前記コントラスト比較手段と前記画像形状比較手段の各
   比較結果に基づいて前記駆動手段の駆動方向及び駆動量
   を制御する駆動制御手段とを具備したことを特徴とする
   自動焦点検出装置。
2. 【請求項２】 前記画像形状比較手段は、 前記イメージセンサから出力される前ピン像と後ピン像
   のアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するデジ
   タル変換手段と、 前記デジタル変換手段から出力される前ピン像と後ピン
   像のデジタル画像信号をそれぞれ格納する格納手段と、 前記格納手段から前ピン像のデジタル画像信号と後ピン
   像のデジタル画像信号とを読込み、当該被写体像の同一
   位置に対する前ピン像と後ピン像とのデジタル画像信号
   の差分をとる画像信号差分手段と、 前記画像信号差分手段で得られた被写体像全体に対する
   差分の総和を計算する差分総和出力手段と、 前記差分総和出力手段からの出力信号が所定値以下であ
   れば、前ピン像と後ピン像の形状を同一とみなす画像認
   識手段とを具備して構成される請求項１記載の自動焦点
   検出装置。
3. 【請求項３】 前記画像形状比較手段は、 前記イメージセンサから出力される前ピン像と後ピン像
   のアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するデジ
   タル変換手段と、 前記デジタル変換手段から出力される前ピン像と後ピン
   像のデジタル画像信号をそれぞれ格納する格納手段と、 前記格納手段から前ピン像の画像信号を読み込み、その
   読み込んだ画像信号の極大値と極小値が被写体に対して
   どの位置に存在するかを検出する前ピン極値位置検出手
   段と、 前記格納手段から後ピン像の画像信号を読み込み、その
   読み込んだ画像信号の極大値と極小値が被写体に対して
   どの位置に存在するかを検出する後ピン極値位置検出手
   段と、 前記前ピン極値位置検出手段からの被写体に対する極値
   位置と前記後ピン極値位置検出手段からの被写体に対す
   る極値位置とのずれ量の総和を計算する極値位置ずれ量
   検出手段と、 前記極値位置ずれ量検出手段で得られるずれ量の総和が
   所定値以下であれば、前ピン像と後ピン像が同一形状で
   あるとみなす画像認識手段とを具備して構成される請求
   項１記載の自動焦点検出装置。
4. 【請求項４】 前記画像認識手段が前ピン像と後ピン像
   の形状が不一致であると判断したならば、前記駆動手段
   によるステージと対物レンズとの相対変化量を大きな値
   に変更する強制駆動制御手段を具備したことを特徴とす
   る請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の自動焦点
   検出装置。