JPH07248451A - Device for automatically detecting focus - Google Patents

Device for automatically detecting focus

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Publication number
JPH07248451A
JPH07248451A JP3962994A JP3962994A JPH07248451A JP H07248451 A JPH07248451 A JP H07248451A JP 3962994 A JP3962994 A JP 3962994A JP 3962994 A JP3962994 A JP 3962994A JP H07248451 A JPH07248451 A JP H07248451A
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JP
Japan
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pass filter
focus
contrast
difference
image
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3962994A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Yoneyama
貴 米山
Hiroyuki Nishida
浩幸 西田
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP3962994A priority Critical patent/JPH07248451A/en
Publication of JPH07248451A publication Critical patent/JPH07248451A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To surely detect a focus even from a subject image showing a contrast characteristic having plural subpeaks like the subject image in a phase difference microscopic examination and to improve a focusing speed and focusing precision without enlarging a device. CONSTITUTION:A high frequency component is extracted from image signals of conjugate front/rear light images outputted from an image sensor by a high- pass filter 30, and frequency characteristics incorporated in the frequency band of the high-pass filter and nearly symmetrical to the focusing are extracted by band-pass filters 31, 32. Then, a difference value between contrast values of the front/rear light images in the high-pass filter and the difference value between the contrast values of the front/rear light images in the band-pass filter are obtained based on a prescribed evaluation function, and focusing search is performed based on these difference values.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡等の光学機器の
自動焦点検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic focus detection device for optical equipment such as a microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】カメラ等の光学機器には、被写体像を撮
像センサで撮像することにより得た映像信号を処理して
デフォーカス量を算出し、そのデフォーカス量に応じて
オートフォーカス(以下、AFと略す)制御を行う自動
焦点検出装置が用いられている。
2. Description of the Related Art An optical device such as a camera processes a video signal obtained by capturing an image of a subject with an image sensor to calculate a defocus amount, and an autofocus (hereinafter An automatic focus detection device that performs control (abbreviated as AF) is used.

【0003】このような各種光学機器における焦点検出
方式には様々なものが考えられている。例えば特開昭5
9−182409号公報には、映像信号の高周波成分に
着目した焦点検出方式が記載されている。
Various focus detection methods have been considered in such various optical devices. For example, JP-A-5
Japanese Patent Laid-Open No. 9-182409 describes a focus detection method focusing on high frequency components of a video signal.

【0004】かかる焦点検出装置は、映像信号の高周波
成分に表れるコントラスト値をデフォーカス量として扱
い焦点検出を行う。つまり、映像信号の高周波成分に表
れるコントラスト値は、図12に示すように、合焦点で
はコントラスト値が最大となり、デフォーカス量の増大
とともにコントラスト値が減少していく特性を有してい
る。従って、この特性を利用していわゆる山登りサーボ
方式でAF制御を行っている。
Such a focus detection device handles a contrast value appearing in a high frequency component of a video signal as a defocus amount and performs focus detection. That is, as shown in FIG. 12, the contrast value appearing in the high frequency component of the video signal has the characteristic that the contrast value becomes maximum at the in-focus point, and the contrast value decreases as the defocus amount increases. Therefore, by utilizing this characteristic, AF control is performed by a so-called hill-climbing servo system.

【0005】また、特開昭64−42416号公報に
は、いわゆる光路差方式のAF制御が記載されている
が、この焦点検出方式においても図12に示すものと同
様の特性を示す前ピン/後ピンのコントラスト特性を利
用している。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-42416 discloses a so-called optical path difference type AF control. In this focus detection method, a front pin / pin showing characteristics similar to those shown in FIG. The contrast characteristic of the rear pin is used.

【0006】上述した焦点位置検出装置は、基本的には
予定結像面に対して前後2ケ所にイメージセンサ等の受
光素子を配し、それぞれの受光素子で撮像される受光像
のコントラストに対応する信号に基づいて光学系のサー
ボ機構を作動させてAF制御を行うものである。
The above-mentioned focus position detecting device basically has light receiving elements such as image sensors arranged at two positions before and after the planned image forming surface, and corresponds to the contrast of the light receiving image picked up by each light receiving element. The AF control is performed by operating the servo mechanism of the optical system based on the signal.

【0007】図13は、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(このボケ像を前ピン像
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(このボケ像を
後ピン像と呼ぶ)のコントラスト信号との特性をそれぞ
れ示している。
FIG. 13 shows a contrast signal of an optical image (this blurred image is referred to as a front focus image) picked up by a light receiving element arranged in front of the reference image forming plane, and a light receiving image arranged after the reference image forming plane. The characteristics of the optical image picked up by the element (this blurred image is referred to as the back focus image) and the contrast signal are shown.

【0008】同図に示す様に、前ピン像のコントラスト
値は合焦点から+側へ少し離れたステージZ位置で最大
となり、後ピン像のコントラストは合焦点から少し−側
へ離れたステージZ位置で最大となる。このとき、合焦
点前後の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、前ピン像および後ピン像のコン
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。
As shown in the figure, the contrast value of the front focus image becomes maximum at the stage Z position slightly away from the in-focus point to the + side, and the contrast of the rear focus image is slightly away from the in-focus point to the stage Z at the stage Z. Maximum at position. At this time, since the two sensors before and after the in-focus point are arranged at the same distance from the conjugate reference image plane, the place where the maximum value of the contrast between the front focus image and the rear focus image is the same distance from the focus point. Become.

【0009】又、図14は後ピンコントラスト値(A)
から前ピンコントラスト値(B)を差し引いた信号の特
性(以下、S字カーブと呼ぶ)を示している。同図14
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び、被写体物がOB
焦点より近づいている場合、(A−B)は正となり、一
方、被写体物がOB焦点より離れている場合は(A−
B)は負となる。
Further, FIG. 14 shows the rear pin contrast value (A).
The characteristic of the signal (hereinafter referred to as an S-shaped curve) obtained by subtracting the front pin contrast value (B) from is shown. FIG. 14
As shown in, the in-focus point coincides with the point where the value of (AB) becomes zero. This point is called the cross point, and the object is OB.
(A-B) is positive when the subject is closer than the focus, and (A-B) when the object is far from the OB focus.
B) is negative.

【0010】光路差方式によるAF制御は、前ピン/後
ピン像のコントラスト値の差分をとり、その差分値の極
性に応じた方向へ被写体または撮像レンズを移動させ、
前ピン/後ピンのコントラスト値の差分が0近くなるま
でこの動作を繰り返すものである。
In the AF control by the optical path difference method, the difference between the contrast values of the front-focused / rear-focused images is calculated, and the object or the imaging lens is moved in the direction according to the polarity of the difference value.
This operation is repeated until the difference between the contrast values of the front focus / rear focus is close to zero.

【0011】一方、最近は顕微鏡の分野においても自動
合焦技術が適用されている。顕微鏡では、検鏡法により
被写体像を形成するための光学条件が大きく異なる為、
被写体像のコントラスト特性には様々なものがあらわれ
る。
On the other hand, recently, automatic focusing technology has also been applied in the field of microscopes. In a microscope, the optical conditions for forming a subject image by the microscopic method are very different,
There are various contrast characteristics of the subject image.

【0012】特に、位相差検鏡における被写体像のコン
トラスト特性は、図15に示すように、合焦ピークの他
に複数のピーク(以下、サブピークと呼ぶ)をもつ形状
となる。
In particular, the contrast characteristic of the subject image in the phase contrast microscope has a shape having a plurality of peaks (hereinafter referred to as sub-peaks) in addition to the focusing peak, as shown in FIG.

【0013】そこで特開昭56−35111号公報に
は、最大ピークをとる距離からある所定の範囲だけスキ
ャンして最大ピークより小さなピークが存在するか検出
し、この検出信号に基づきAF制御を行うことが記載さ
れている。さらに位相差検鏡におけるAF制御として、
例えば位相差検鏡における特有の空間周波数成分に着目
し、AF制御を行うものがある。
Therefore, in Japanese Patent Laid-Open No. 56-35111, scanning is performed within a predetermined range from the distance at which the maximum peak is detected to detect whether there is a peak smaller than the maximum peak, and AF control is performed based on this detection signal. Is described. Furthermore, as the AF control in the phase contrast microscope,
For example, some focus on a specific spatial frequency component in a phase-difference microscope and perform AF control.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した自
動合焦技術は、複数のサブピークを持つコントラスト特
性に対してはサブピークを合焦点と誤認識する可能性が
あるため、位相差検鏡に適用するのは非常に困難であ
る。
However, the above-described automatic focusing technique may be erroneously recognized as a focusing point for a contrast characteristic having a plurality of subpeaks. Very difficult to do.

【0015】位相差検鏡における被写体像のコントラス
ト特性にサブピークが発生する主な要因はリングスリッ
トによる輪帯照明であることが、実験、シュミレーショ
ンより明らかになった。
Experiments and simulations have revealed that the main factor that causes a sub-peak in the contrast characteristic of a subject image in a phase-difference microscope is annular illumination by a ring slit.

【0016】リングスリットにより以下の現象が生じ
る。 (1) 焦点深度が増大する。 (2) サイドスロープが増大する。
The ring slit causes the following phenomenon. (1) The depth of focus increases. (2) Side slope increases.

【0017】(3) 焦点深度内においてデフォーカス量が
増大するにも拘らず被写体像に含まれる空間周波数のう
ち特定の空間周波数強度が増大する。 図16〜図18は、位相差検鏡における上記(3) のMT
F(ModulationTransfer Function )シミュレーシ
ョン結果モデルを示している。
(3) The specific spatial frequency intensity of the spatial frequencies included in the subject image increases despite the increase of the defocus amount within the depth of focus. 16 to 18 show the MT of the above (3) in the phase contrast microscope.
The F (Modulation Transfer Function) simulation result model is shown.

【0018】同図のパラメータは、被写体像の空間周波
数[本/mm]を撮像素子の画素ピッチとスキャンレー
トから電気的周波数[Hz]に換算したものであり、電
気的周波数と空間周波数は比例関係にある。
The parameters in the figure are obtained by converting the spatial frequency [line / mm] of the subject image into the electrical frequency [Hz] from the pixel pitch and scan rate of the image sensor, and the electrical frequency and the spatial frequency are proportional. Have a relationship.

【0019】又、縦軸はその強度を示したMTF相対値
であり、横軸はデフォーカス量を表している。さらに図
16〜図18は位相差対物レンズの倍率をパラメータ別
に示している。
The vertical axis represents the MTF relative value indicating the intensity, and the horizontal axis represents the defocus amount. Further, FIGS. 16 to 18 show the magnification of the phase difference objective lens for each parameter.

【0020】これら図より位相差対物レンズの倍率に関
わらず、どの空間周波数(電気的周波数)成分において
も、その強度はデフォーカス量の増加に伴い、振動しな
がら減衰する。またそれぞれの倍率において、周波数が
高い程、強度の減衰は早く振動の周期は短くなってい
る。更に同一の周波数においてその強度は位相差対物レ
ンズの倍率が高くなる程すぐに減衰し、振動の周期も短
くなっている。
From these figures, regardless of the magnification of the phase difference objective lens, the intensity of any spatial frequency (electrical frequency) component vibrates and attenuates as the defocus amount increases. At each magnification, the higher the frequency is, the faster the intensity is attenuated and the shorter the cycle of vibration is. Further, at the same frequency, the intensity of the phase difference is attenuated more quickly as the magnification of the phase difference objective lens increases, and the period of vibration becomes shorter.

【0021】以上の様な強度の減衰振動により、デフォ
ーカス量が増加するにも拘らずコントラスト値は増大す
るサブピーク現象が生じる。このようなサブピークを持
つコントラスト特性に対して従来の山登りサーボ方式を
適用すると、サブピークを合焦と判断する可能性が生じ
るため、AF制御が不完全な状態で終了するなどの不具
合が生じる可能性がある。
Due to the above-described damped vibration of intensity, a sub-peak phenomenon occurs in which the contrast value increases despite the increase in the defocus amount. If the conventional hill-climbing servo method is applied to the contrast characteristic having such a sub-peak, the sub-peak may be determined to be in focus, which may cause a problem such as the AF control ending in an incomplete state. There is.

【0022】又、図19及び図20を参照して位相差検
鏡の場合に光路差方式のAF制御を適用した場合を考え
る。図19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。同図の様
にA,A′は前ピン/後ピンのコントラスト値の最大点
となる。
Further, with reference to FIGS. 19 and 20, let us consider a case where the optical path difference type AF control is applied to the case of the phase difference spectroscope. FIG. 19 shows the contrast characteristics of the front pin / rear pin in the phase contrast microscope. As shown in the figure, the contrast characteristics of the phase contrast microscope have maximum values (B, B ', C in the figure) in addition to the maximum values (A, A'in the figure) at the focal point of the front focus / rear focus. , C ′). As shown in the figure, A and A'are the maximum points of the contrast value of the front pin / rear pin.

【0023】同図の前ピン/後ピンのコントラスト特性
より作成したS字カーブを図20に示す。同図に示すS
字カーブを使ってAF制御をかけた場合、同図中のM1
点に被写体が存在した時の制御は、(1) S字カーブの符
号が正なので(D1)方向へステージまたは撮影レンズ
を移動させ、(2) 偽合焦点(a)でS字カーブのゼロク
ロスポイントが発生するため、偽合焦点(a)にてAF
制御は完了する。というものとなる。
FIG. 20 shows an S-shaped curve created from the contrast characteristics of the front and rear pins in FIG. S shown in the figure
When AF control is applied using a curve, M1 in the figure
When there is a subject at the point, (1) the sign of the S-curve is positive, so move the stage or shooting lens in the (D1) direction, and (2) zero cross the S-curve at the false focus (a). AF occurs at the false focus (a) because points are generated.
Control is complete. Will be.

【0024】しかし、偽合焦点(a)は本来の合焦点と
異った位置であり、AF制御としては不完全な状態で終
了してしまうこととなる。又、図20中のM3に被写体
が存在した場合、従来のAF制御では偽合焦点(b)を
合焦点とみなし、不完全なAFとなる。
However, the false focus point (a) is at a position different from the original focus point, and the AF control ends in an incomplete state. When a subject is present at M3 in FIG. 20, the conventional AF control regards the false focus point (b) as the focus point, resulting in incomplete AF.

【0025】すなわち、被写体がM2の範囲にある場合
にのみ従来のAF制御で完全な焦点検出が可能になる。
このため、従来の光路差方式を位相差検鏡に適用するの
は困難である。
That is, complete focus detection is possible with conventional AF control only when the subject is within the range of M2.
Therefore, it is difficult to apply the conventional optical path difference method to the phase difference spectroscope.

【0026】これに対して、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
ピンの各センサを遠ざけて図21の様な特性をもたせる
ことが考えられる。
On the other hand, it is conceivable that the sensors of the front pin and the rear pin are separated from the reference focusing point so that the contrast curves of the front pin and the rear pin do not overlap each other, and the characteristics as shown in FIG. 21 are provided.

【0027】しかし、この様な方法では最影レンズの倍
率ごとに前ピン/後ピンの各センサ位置を変化させる駆
動機構が必要となり、装置の複雑化によるコストアップ
や大型化を生じることになる。
However, in such a method, a driving mechanism for changing each sensor position of the front pin / rear pin depending on the magnification of the most shadow lens is required, resulting in an increase in cost and an increase in size due to the complexity of the device. .

【0028】そこで特開昭56−35111号公報の様
にピーク周辺の所定の範囲をスキャンして確実に最大ピ
ークに移動させる方法が考えられるが、この方法ではス
キャン時間が必要になるため、合焦速度が低下する欠点
をもつ。
Therefore, a method of scanning a predetermined range around the peak to surely move it to the maximum peak as in JP-A-56-35111 is conceivable. However, this method requires a scanning time, so It has the drawback of lowering the focal speed.

【0029】さらに図16〜図18の様にサブピークの
出現位置は被写体のもつ空間周波数や対物レンズ倍率に
よって異なるため、スキャン幅は一概には決定できない
という困難を生じるためAFには適さない。
Further, as shown in FIGS. 16 to 18, the appearance position of the sub-peak varies depending on the spatial frequency of the subject and the magnification of the objective lens, and therefore the scan width cannot be determined unconditionally, which is not suitable for AF.

【0030】又、位相差検鏡における特有の空間周波数
成分に着目する方法では、以上の点はクリアされている
が、対物レンズ倍率が変化しても抽出周波数は一定であ
るため、十分な合焦精度が得られない可能性もある。さ
らに抽出周波数成分によっては、MTFが合焦点に対し
て前、後デフォーカスで非対称となる場合がある。
Further, in the method of focusing on the unique spatial frequency component in the phase contrast spectroscope, the above points are cleared, but the extraction frequency is constant even if the objective lens magnification changes, so that it is sufficient. There is a possibility that the focus accuracy may not be obtained. Furthermore, depending on the extracted frequency component, the MTF may be asymmetrical with respect to the in-focus point in front and rear defocus.

【0031】図22〜図25は空間周波数に対する位相
差対物レンズ10×の相対MTFのデフォーカス特性を
示している。これら図の縦軸は相対MTF値を横軸はデ
フォーカス量を示している。図22の空間周波数におけ
る相対MTF特性は合焦点(δ=0)に対して、ほぼ対
称となっているが、周波数が高くなると対称性は図25
の様になる。このため抽出周波数成分を一定にしては合
焦精度が低下する恐れがある。
22 to 25 show defocus characteristics of the relative MTF of the phase difference objective lens 10 × with respect to the spatial frequency. In these figures, the vertical axis shows the relative MTF value and the horizontal axis shows the defocus amount. The relative MTF characteristic at the spatial frequency of FIG. 22 is almost symmetrical with respect to the in-focus point (δ = 0), but the symmetry becomes higher as the frequency increases as shown in FIG.
It becomes like. For this reason, if the extraction frequency component is kept constant, the focusing accuracy may decrease.

【0032】そこで本発明は、位相差検鏡における被写
体像の様に複数のサブピークを持つコントラスト特性を
示す被写体像からも確実に焦点を検出することができ、
しかも装置の大型化を伴うことなく合焦速度および合焦
精度の高い自動焦点検出装置を提供することを目的とす
る。
Therefore, according to the present invention, it is possible to reliably detect the focus even from a subject image having a contrast characteristic having a plurality of sub-peaks like a subject image in a phase contrast microscope.
Moreover, it is an object of the present invention to provide an automatic focus detection device having high focusing speed and high focusing accuracy without increasing the size of the device.

【0033】[0033]

【課題を解決するための手段】請求項1によれば、被写
体に対して環状スリット光を照射し、この被写体からの
直接光と回折光とを位相差膜に透過させてイメージセン
サに入射し、このイメージセンから出力される共役な前
後の光像の画像信号に基づいて被写体に対する合焦サー
チを行う自動焦点検出装置において、イメージセンサか
ら出力される画像信号から高周波成分を抽出する機能を
有するハイパスフィルタと、イメージセンサから出力さ
れる画像信号からハイパスフィルタの周波数帯域に含ま
れ、合焦に対してほぼ対称の周波数特性を抽出する機能
を有するバンドパスフィルタと、これらハイパスフィル
タ及びバンドパスフィルタからの前後の光像を所定の評
価関数に基づいてハイパスフィルタにおける前後の光像
のコントラスト値の差分値と、バンドパスフィルタにお
ける前後の光像のコントラスト値の差分値を求め、これ
ら両方の差分値に基づいて合焦サーチを行う機能を有す
る合焦サーボ手段と、を備えて上記目的を達成しようと
する自動焦点検出装置である。
According to a first aspect of the present invention, a subject is irradiated with annular slit light, and direct light and diffracted light from the subject are transmitted through a retardation film and made incident on an image sensor. In an automatic focus detection device that performs a focus search for a subject based on image signals of conjugate optical images before and after output from the image sensor, it has a function of extracting high-frequency components from the image signal output from the image sensor. A high-pass filter, a band-pass filter that is included in the frequency band of the high-pass filter from the image signal output from the image sensor, and has a function of extracting a frequency characteristic that is substantially symmetrical with respect to focusing, and the high-pass filter and the band-pass filter Based on the specified evaluation function, the contrast values of the front and rear optical images from the A focus servo means having a function of obtaining a difference value and a difference value of contrast values of front and rear optical images in a bandpass filter, and performing a focus search based on both of these difference values is achieved. It is an automatic focus detection device to be tried.

【0034】請求項2によれば、バンドパスフィルタ
は、位相差膜及び環状スリット光の種類に応じてフィル
タ定数を切り換える機能を有している。請求項3によれ
ば、バンドパスフィルタは、共役な前後の光像に対する
各コントラスト値の和、又はこれらコントラスト値のい
ずれかの大きさによりフィルタ定数を切り換える機能を
有している。
According to the second aspect, the bandpass filter has a function of switching the filter constant according to the types of the retardation film and the annular slit light. According to the third aspect, the bandpass filter has a function of switching the filter constant according to the sum of the respective contrast values of the conjugate optical images before and after, or the magnitude of any of these contrast values.

【0035】請求項4によれば、合焦サーボ手段は、位
相差検鏡以外の検鏡の場合にハイパスフィルタにおける
コントラスト値の差分値のみに基づいて合焦サーチを行
い、一方位相差検鏡の場合にはハイパスフィルタにおけ
るコントラスト値の差分及びバンドパスフィルタにおけ
るコントラスト値の差分値の両方の結果に基づいて合焦
サーチを行う機能を有している。
According to the fourth aspect, the focusing servo means performs the focusing search based on only the difference value of the contrast values in the high-pass filter in the case of a spectroscope other than the phase difference spectroscope, while the phase difference spectroscope is used. In this case, it has a function of performing a focus search based on the results of both the contrast value difference in the high-pass filter and the contrast value difference in the band-pass filter.

【0036】[0036]

【作用】請求項1によれば、被写体に対して環状スリッ
ト光を照射し、この被写体からの直接光と回折光とを位
相差膜に透過させてイメージセンサに入射すると、この
イメージセンサから出力される共役な前後の光像の画像
信号が出力される。この画像信号は、ハイパスフィルタ
によりその高周波成分が抽出されるとともにバンドパス
フィルタによりハイパスフィルタの周波数帯域に含ま
れ、合焦に対してほぼ対称の周波数特性が抽出される。
According to the first aspect of the present invention, when an annular slit light is applied to a subject, and the direct light and the diffracted light from the subject are transmitted through the retardation film and incident on the image sensor, the image sensor outputs the light. Image signals of the preceding and following conjugate optical images are output. The high-frequency component of this image signal is extracted by the high-pass filter, and the image signal is included in the frequency band of the high-pass filter by the band-pass filter, and the frequency characteristic that is substantially symmetrical with respect to the focus is extracted.

【0037】そして、これらハイパス及びバンドパスフ
ィルタからの前後の光像を所定の評価関数に基づいてハ
イパスフィルタにおける前後の光像のコントラスト値の
差分値と、バンドパスフィルタにおける前後の光像のコ
ントラスト値の差分値が求められ、これら両方の差分値
に基づいて合焦サーチが行われる。
Then, based on a predetermined evaluation function, the front and rear optical images from the high pass and band pass filters are contrasted with each other by the difference between the contrast values of the front and rear optical images in the high pass filter and the contrast of the front and rear optical images in the band pass filter. The difference value of the values is obtained, and the focusing search is performed based on both of these difference values.

【0038】この場合、請求項2によれば、バンドパス
フィルタにおいて位相差膜及び環状スリット光の種類に
応じてフィルタ定数が切り換えられる。又、請求項3に
よれば、バンドパスフィルタにおいて共役な前後の光像
に対する各コントラスト値の和、又はこれらコントラス
ト値のいずれかの大きさによりフィルタ定数が切り換え
られる。
In this case, according to the second aspect, the filter constant can be switched in the bandpass filter according to the types of the retardation film and the annular slit light. According to the third aspect, the filter constant can be switched by the sum of the respective contrast values for the front and rear optical images that are conjugate in the bandpass filter, or the magnitude of either of these contrast values.

【0039】又、請求項4によれば、合焦サーボ手段に
おいて、位相差検鏡以外の検鏡であれば、ハイパスフィ
ルタにおけるコントラスト値の差分値のみに基づいて合
焦サーチが行われ、位相差検鏡であれば、ハイパスフィ
ルタにおけるコントラスト値の差分値及びバンドパスフ
ィルタにおけるコントラスト値の差分値の両方の結果に
基づいて合焦サーチが行れる。
Further, according to the fourth aspect, in the focusing servo means, if the spectroscope other than the phase difference spectroscope is used, the focus search is performed based only on the difference value of the contrast values in the high-pass filter, In the case of the phase difference microscope, the focus search is performed based on the results of both the difference value of the contrast value in the high pass filter and the difference value of the contrast value in the band pass filter.

【0040】[0040]

【実施例】以下、本発明の第1の実施例について図面を
参照して説明する。図1は自動焦点検出装置の構成図で
ある。本実施例における顕微鏡には、観察標本である被
写体Sを上下方向へ移動可能なステージ10が備えられ
ている。このステージ10には、透過照明のため開口部
が形成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an automatic focus detection device. The microscope in this embodiment is provided with a stage 10 that can move an object S, which is an observation sample, in the vertical direction. An opening is formed on the stage 10 for transmitted illumination.

【0041】透過用光源11で発生した照明光は、リン
グスリット12で輪帯照明光に形成され、その輪帯照明
光がコンデンサレンズ13によりステージ開口部を通し
て被写体Sを下方から照明するようになっている。
The illumination light generated by the transmissive light source 11 is formed into ring-shaped illumination light by the ring slit 12, and the ring-shaped illumination light illuminates the subject S from below through the stage opening by the condenser lens 13. ing.

【0042】この被写体S上方の光軸上には位相差検鏡
用対物レンズ14が配置される。この位相差検鏡用対物
レンズ14は、輪帯照明光が入射するリング状の領域に
位相差膜が形成されている。この位相差検鏡用対物レン
ズ14を通過した光束は、接眼プリズム15で分岐され
て、一方の光束が接眼レンズ16へ導かれている。
On the optical axis above the subject S, the objective lens 14 for phase difference spectroscope is arranged. The phase difference microscope objective lens 14 has a phase difference film formed in a ring-shaped region on which the annular illumination light enters. The light flux that has passed through the objective lens 14 for phase contrast spectroscope is branched by the eyepiece prism 15, and one light flux is guided to the eyepiece lens 16.

【0043】この接眼プリズム15で分岐された位相差
検鏡対物レンズ14からの光束は、結像レンズ17を通
した後に光路差プリズムQに入射して2分割して2つの
平行光束となる。そして受光面上に光路差が異り、互い
に予定焦点面に対して共役な2つの被写体光像(前ピン
像、後ピン像)が投影される位置にCCDセンサ1Sが
配置されている。
The light flux from the phase difference spectroscopic objective lens 14 split by the eyepiece prism 15 passes through the imaging lens 17 and then enters the optical path difference prism Q to be split into two parallel light fluxes. The CCD sensor 1S is arranged at a position where two object light images (front pinned image and rear pinned image) having different optical path differences on the light receiving surface and conjugate with each other with respect to the planned focal plane are projected.

【0044】このCCDセンサ18は、投影された光像
の入射光量と蓄積時間に応じた電圧を持つアナログ画像
信号を出力する。このCCDセンサ1Sの出力は、後述
するアナログ処理部19で増幅およびフィルタ処理等の
アナログ処理が施され、A/D変換器21によりデジタ
ル化された後にメモリ22に組込まれる。このメモリ2
2の記憶内容は演算回路23から読出し可能になってい
る。
The CCD sensor 18 outputs an analog image signal having a voltage corresponding to the amount of incident light of the projected light image and the storage time. The output of the CCD sensor 1S is subjected to analog processing such as amplification and filter processing in an analog processing section 19 described later, digitized by an A / D converter 21, and then incorporated into a memory 22. This memory 2
The stored contents of No. 2 can be read from the arithmetic circuit 23.

【0045】演算回路23は、メモリ22に記憶された
被写体像のデジタル信号を用いて被写体像のコントラス
ト値を算出し、コントラスト値を表すビットデータをC
PU24へ送信する機能を有している。
The arithmetic circuit 23 calculates the contrast value of the subject image using the digital signal of the subject image stored in the memory 22, and the bit data representing the contrast value is C.
It has a function of transmitting to the PU 24.

【0046】CPU24は、CCDセンサ18が出力す
る被写体像のアナログ画像信号がアナログ処理部19の
レンジに適しているか否かA/D変換器21を介して監
視し、かつ被写体像のアナログ画像信号がアナログ処理
部19のレンジに適合していない場合に、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
25へ送信する機能を有している。
The CPU 24 monitors via the A / D converter 21 whether the analog image signal of the subject image output from the CCD sensor 18 is suitable for the range of the analog processing section 19, and the analog image signal of the subject image. Has a function of transmitting, to the timing generator 25, an instruction to set a storage time suitable for the range when the range is not suitable for the analog processing unit 19.

【0047】CPU24は、演算回路23からの前ピン
/後ピンのコントラスト値に基づいてほぼ前ピン/後ピ
ンのコントラスト値が同じとなる様なステージ駆動量を
求めて駆動回路26へ送信する機能を有している。
The CPU 24 has a function of obtaining a stage drive amount such that the contrast values of the front and rear pins are substantially the same based on the contrast values of the front and rear pins from the arithmetic circuit 23 and transmitting it to the drive circuit 26. have.

【0048】又、CPU24は、外部コントローラ27
からのAFのスタート/ストップ、現在の検鏡法、対物
レンズ倍率等の情報を受信する機能を有している。なお
駆動回路26はCPU24からの駆動信号を受けてステ
ージ10を駆動する。
Further, the CPU 24 has an external controller 27.
It has a function to receive information such as AF start / stop, current microscopic method, objective lens magnification, etc. The drive circuit 26 receives the drive signal from the CPU 24 and drives the stage 10.

【0049】上記アナログ処理部19は、図2に示すよ
うに一般検鏡および位相差検鏡時に使用されるハイパス
フィルタ(HPF)30と位相差検鏡時にのみ使用され
る各バンドパスフィルタ(BPF)31,32とそれら
フィルタを切り換える2つのアナログスイッチ33,3
4で構成されている。
As shown in FIG. 2, the analog processing section 19 includes a high-pass filter (HPF) 30 used in general microscopy and phase-difference microscopy and band-pass filters (BPF) used only in phase-difference microscopy. ) 31, 32 and two analog switches 33, 3 for switching the filters
It is composed of four.

【0050】このうちBPFは、位相差対物レンズ倍率
が低、中倍の時使用されるBPF31と高倍時に使用さ
れるBPF32の2種類備えられている。さらにいずれ
のフィルタを使用するかの選択はCPU24からの信号
を各アナログスイッチ33,34によって行われるもの
となっている。
Of these, two types of BPFs are provided: a BPF 31 used when the phase difference objective lens magnification is low and medium, and a BPF 32 used when the magnification is high. Furthermore, the selection of which filter is used is made by the analog switches 33 and 34 for the signal from the CPU 24.

【0051】このBPF31,32のフィルタ特性は、
図3〜図5に示すように各位相差対物レンズ倍率におい
てMTFが合焦点に対して前後デフォーカスで対称であ
る周波数成分を抽出できる様に設定されている。すなわ
ち高倍率(40×,60×)でMTF特性が対称である
高倍率用BPF32と低中倍率(10×,20×)でM
TF特性が対称である低中倍率用BPF31の2種のB
PF構成としてある。また2種のBPFそれぞれのフィ
ルタ定数は図16〜図18及び図22〜図25を参照し
て決定される。
The filter characteristics of the BPFs 31 and 32 are
As shown in FIGS. 3 to 5, at each phase difference objective lens magnification, the MTF is set so as to be able to extract a frequency component that is symmetrical in front and rear defocus with respect to the in-focus point. That is, at high magnification (40 ×, 60 ×), the MTF characteristics are symmetrical, and for high magnification BPF 32 and low / medium magnification (10 ×, 20 ×) M
Two types of B of low-to-medium magnification BPF31 with symmetrical TF characteristics
It has a PF configuration. The filter constants of each of the two BPFs are determined with reference to FIGS. 16 to 18 and 22 to 25.

【0052】次に上記の如く構成された本実施例の動作
について図6を用いて説明する。外部コントローラ27
からの信号によりAFが開始されると(ステップS
1)、予め検鏡者が外部にコントローラ27に入力して
ある検鏡法、対物レンズ倍率が次のステップS2におい
てCPU24により検知される。次にステップS3にお
いてCPU24は、いずれの検鏡の場合においても画像
信号をHPF30側とする様にアナログスイッチ34を
切換える。
Next, the operation of this embodiment configured as described above will be described with reference to FIG. External controller 27
When AF is started by the signal from (step S
1) The CPU 24 detects the spectroscopic method and the objective lens magnification which have been externally input to the controller 27 by the spectrographer in the next step S2. Next, in step S3, the CPU 24 switches the analog switch 34 so that the image signal is on the HPF 30 side in any speculum.

【0053】このようにアナログスイッチ34を切換え
後、CPU24は、ステップS4においてCCDセンサ
18から出力されるアナログ信号を読み込み、次のステ
ップS5においてセンサ18からのアナログ信号がアナ
ログ処理部19に適合しているかチェックする。
After switching the analog switch 34 in this manner, the CPU 24 reads the analog signal output from the CCD sensor 18 in step S4, and the analog signal from the sensor 18 is adapted to the analog processing section 19 in the next step S5. Check if there is.

【0054】このチェックによりレンジが適合していな
い場合にCPU24は、タイミングジェネレータ25に
対してレンジが適合する様な蓄積時間とする指令を出
す。この動作はセンサ18の信号がアナログ処理部19
のレンジに適合するまで繰り返し行われる。
If the range does not match as a result of this check, the CPU 24 issues a command to the timing generator 25 to set the accumulation time so that the range matches. In this operation, the signal of the sensor 18 is the analog processing unit 19
It is repeated until the range is matched.

【0055】レンジが適合している場合、CPU24
は、次のステップS6においてセンサ18からの信号に
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
関数に従って計算し、ステップS7において後ピンコン
トラスト値と前ピンコントラスト値の差分を計算する。
If the range is compatible, the CPU 24
Calculates the contrast value of the front focus image and the rear focus image according to a predetermined evaluation function in accordance with the signal from the sensor 18 in the next step S6, and calculates the difference between the rear focus contrast value and the front focus contrast value in step S7.

【0056】この差分量がある所定値α以上の場合、C
PU24はステップS8,S9において差分の符号、す
なわち前ピンコントラスト値と後ピンコントラスト値の
大小関係からステージ10の駆動方向を、その差分量の
絶対値から駆動量をそれぞれ算出しステージ駆動する。
このステージ駆動動作は後ピンコントラスト値と前ピン
コントラスト値の差分が±α以下となるまで繰り返され
る。
When this difference amount is equal to or larger than a predetermined value α, C
In steps S8 and S9, the PU 24 calculates the drive direction of the stage 10 from the sign of the difference, that is, the magnitude relationship between the front pin contrast value and the rear pin contrast value, and calculates the drive amount from the absolute value of the difference amount to drive the stage.
This stage driving operation is repeated until the difference between the rear focus contrast value and the front focus contrast value becomes ± α or less.

【0057】位相差検鏡以外の検鏡ではここでAF動作
は終了する。ところが外部コントローラ27に検鏡者が
予め入力してある現在の検鏡法、対物レンズ倍率をCP
U24がステップS10において検知し、現在の検鏡法
が位相差であると認識すると、CPU24はステップS
11に進んでアナログスイッチ33,34をそれぞれ切
り換える。すなわちアナログスイッチ34を位相差検鏡
用フィルタ側とし、前述した対物レンズ倍率に準じたB
PF側へアナログスイッチ33を切換える。
The AF operation ends here with a spectroscope other than the phase difference spectroscope. However, the current microscopic method and the objective lens magnification, which have been previously input by the spectrographer into the external controller 27, are set to CP.
When the U24 detects in step S10 and recognizes that the current spectroscopic method is the phase difference, the CPU 24 determines in step S10.
In step 11, the analog switches 33 and 34 are switched. That is, the analog switch 34 is set to the phase difference filter side, and B according to the above-described objective lens magnification is used.
The analog switch 33 is switched to the PF side.

【0058】位相差検鏡の場合、CPU24はステップ
S12において位相差検鏡用BPFを介した前ピン像と
後ピン像のコントラストの差分を計算し、この差分がし
きい値β以下の場合、MTF特性がほぼ等しく予定合焦
面に対して前ピン像、後ピン像は共役な関係にあると判
断できるため合焦であると判断する。
In the case of the phase difference spectroscope, the CPU 24 calculates the difference in the contrast between the front focus image and the rear focus image through the phase difference spectroscopic BPF in step S12. If this difference is less than or equal to the threshold value β, Since the front focus image and the rear focus image can be determined to have a conjugate relationship with respect to the planned in-focus plane, the MTF characteristics are substantially equal, and thus the in-focus state is determined.

【0059】一方、両者の差分がβ以上の場合、CPU
24はステップS13,S14においてMTF特性は異
っており、予定合焦面に対して前ピン像、後ピン像は共
役な関係ではなく、すなわち非合焦と判断する。
On the other hand, when the difference between the two is β or more, the CPU
No. 24 has different MTF characteristics in steps S13 and S14, and it is determined that the front focus image and the rear focus image do not have a conjugate relationship with the planned focus plane, that is, are out of focus.

【0060】非合焦と判断した場合、CPU24は、ア
ナログスイッチ34を再びHPF側に切り換え、合焦判
定が行われたステージ位置まで達したスキャン方向と同
方向にさらにステージを駆動しAF動作を再開する。こ
の動作は後ピンコントラスト値と前ピンコントラスト値
の差分が所定値α以下の条件と位相差検鏡用BPFで抽
出した周波数帯域における前ピンコントラスト値と後ピ
ンコントラスト値が所定値β以下となる条件の両条件が
満たされた場合にのみ合焦とみなし、AF動作が終了す
るまで繰り返す。
When it is determined that the focus is out of focus, the CPU 24 switches the analog switch 34 to the HPF side again, and further drives the stage in the same direction as the scan direction in which the stage position where the focus determination is performed is reached to perform the AF operation. Resume. In this operation, the difference between the back focus contrast value and the front focus contrast value is a predetermined value α or less, and the front focus contrast value and the rear focus contrast value in the frequency band extracted by the phase difference spectroscopic BPF are the predetermined value β or lower. Only when both of the conditions are satisfied, the focus is considered, and the process is repeated until the AF operation is completed.

【0061】このように上記第1の実施例によれば、合
焦の場合、MTF特性の前、後デフォーカス特性が対称
である周波数帯域の強度は一致し、コントラスト値も
前、後でほぼ一致する。すなわち図4に示す合焦の特性
となり、一方非合焦の場合には図5に示すような予定焦
点面に対して前ピン像、後ピン像が前ピン、後ピンのど
ちらか一方の片寄った位置にあり、前ピン像、後ピン像
の全ての周波数における総合コントラスト値が一致して
も同図矢印範囲で示した様な抽出周波数における前ピ
ン、後ピンコントラスト値が異なる特性より、位相差検
鏡におけるAFが可能となる。
As described above, according to the first embodiment, in the case of focusing, the intensities of the frequency bands in which the front and rear defocus characteristics of the MTF characteristic are symmetrical, and the contrast values are almost the same before and after. Match. That is, the in-focus characteristics shown in FIG. 4 are obtained. On the other hand, in the case of out-of-focus, the front focus image and the rear focus image deviate from either the front focus or the rear focus with respect to the planned focal plane as shown in FIG. Even if the total contrast values of all the frequencies of the front and rear images are the same, the front and rear contrast values at the extraction frequencies shown in the arrow range in the figure are different from each other. AF in the phase contrast microscope becomes possible.

【0062】又、本実施例では合焦サーチはステージ駆
動により行っているが、これを対物レンズ駆動としても
同様の効果を得ることができる。さらに本実施例ではH
PFで抽出した前ピン像および後ピン像の合焦判定時に
ステージ駆動量は変化させていないが、一度、BPFに
よる前ピンコントラスト値と後ピンコントラスト値の大
きさにより非合焦判定がなされたらステージ駆動量を通
常より1,2回だけ大きくとる様に制御すればBPFに
よる非合焦判定が繰り返される恐れが少なくなるため、
合焦速度は高くなり、本発明の効果を向上させることが
できる。
Further, in this embodiment, the focusing search is performed by driving the stage, but the same effect can be obtained by driving the stage. Further, in this embodiment, H
Although the stage drive amount is not changed when determining the focus of the front focus image and the rear focus image extracted by the PF, once the focus determination is made by the magnitude of the front focus contrast value and the rear focus contrast value by the BPF. If the stage drive amount is controlled to be larger than normal one or two times, the risk of repeated out-of-focus determination by the BPF is reduced.
The focusing speed becomes high, and the effect of the present invention can be improved.

【0063】なお、本発明の位相差用BPFは位相差対
物レンズによる種類の設定が低、中倍用と高倍用の2種
で構成したが、これをさらに細分化したBPFを設定し
たり、BPFのフィルタ定数をCPUにより切換えるこ
とによって構成すればさらに高精度のAF制御が可能と
なる。また本実施例はBPFをアナログで構成したが、
これを演算回路やCPUでデジタルで構成すれば特別な
ハードを付加することなく実施可能である。
The phase-difference BPF of the present invention has two types of low-, medium-magnification and high-magnification settings according to the phase-difference objective lens. If the filter constant of the BPF is configured to be switched by the CPU, the AF control with higher accuracy becomes possible. In this embodiment, the BPF is analog,
If this is digitally configured by an arithmetic circuit or a CPU, it can be implemented without adding special hardware.

【0064】又、アナログスイッチの切り換え等位相差
のための合焦判定はAF開始後、1,2回程度であるた
め合焦速度は他の検鏡法とほぼ同等とすることができ
る。従って、位相差検鏡の様に被写体のコントラスト特
性が合焦ピークの他に複数のサブピークを持つ被写体に
対し、光路差光学系によって装置を複雑にすることなく
高速かつ高精度にAF制御が可能となる。
Further, focusing determination for phase difference such as switching of analog switch is about once or twice after AF is started, so that the focusing speed can be made almost equal to that of other spectroscopic methods. Therefore, for a subject that has multiple sub-peaks in addition to the focusing peak of the contrast characteristics of the subject, such as a phase-contrast speculum, it is possible to perform high-speed and high-precision AF control without complicating the device by the optical path difference optical system Becomes

【0065】さらに予め対物レンズデータを備えること
により、対物レンズを交換してもバンドパスフィルタの
定数を変えることにより、様々な対物レンズに対してA
F対応が可能となる。
Further, since the objective lens data is provided in advance, the constant of the bandpass filter is changed even if the objective lens is exchanged, so that A can be used for various objective lenses.
F correspondence is possible.

【0066】位相差検鏡時とその他の検鏡時の切換え手
段を備えることにより位相差検鏡を含めたあらゆる検鏡
に対してAF対応が可能となる。次に本発明の第2の実
施例について説明する。
By providing a switching means for the phase difference spectroscope and other spectroscopes, it is possible to perform AF on all speculums including the phase difference speculum. Next, a second embodiment of the present invention will be described.

【0067】本実施例の光学系とAF装置の構成は第1
実施例と同様であり、その詳しい説明は省略する。本実
施例の特徴であるアナログ処理部19は、図7に示すよ
うに位相差検鏡用フィルタをBPF40及びBPF41
により構成している。これらBPF40,41のフィル
タ定数は以下の様な特性をもつ。
The configuration of the optical system and AF device of this embodiment is the first
This is similar to the embodiment, and detailed description thereof is omitted. As shown in FIG. 7, the analog processing section 19, which is a feature of the present embodiment, includes phase difference spectroscopic filters BPF40 and BPF41.
It is composed by. The filter constants of these BPFs 40 and 41 have the following characteristics.

【0068】(1) 抽出周波数MTF特性は、合焦に対し
て前、及び後デフォーカスで対称である。 (2) BPF40,41の抽出周波数MTF特性の減衰振
動の位相は、合焦近辺で約半周期ずれた形となってお
り、周期が異っている。
(1) The extraction frequency MTF characteristic is symmetrical in front and rear defocus with respect to focusing. (2) The phases of the damping vibrations of the extraction frequency MTF characteristics of the BPFs 40 and 41 are shifted by about a half cycle in the vicinity of the focus, and the cycles are different.

【0069】以上の様なBPFを2種用意すれば一方が
相対MTFが小さく、コントラスト値が低い場合、一方
のBPFにはコントラスト値はあるレベル以上となる。
次に上記の如く構成された本実施例の動作について図8
を用いて説明する。
If two kinds of BPFs as described above are prepared, when one has a small relative MTF and a low contrast value, the contrast value of one BPF becomes a certain level or more.
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIG.
Will be explained.

【0070】外部コントローラ27からの信号によりA
Fが開始されると、CPU24は、ステップS21にお
いて予め検鏡者により外部コントローラ27に対して入
力してある検鏡法、対物レンズ倍率を検知し、ステップ
S22においていずれの検鏡の場合においても画像信号
をHPF42側とする様にアナログスイッチ44を切換
える。
A is generated by a signal from the external controller 27.
When F is started, the CPU 24 detects the spectroscopic method and the objective lens magnification which have been input to the external controller 27 by the spectrographer in advance in step S21, and in step S22, in any case of speculums. The analog switch 44 is switched so that the image signal is on the HPF 42 side.

【0071】アナログスイッチ44を切換え後、CPU
24はステップS23においてCCDセンサ18のアナ
ログ信号を読み込み、次のステップS24においてセン
サ18のアナログ信号がアナログ処理部19に適合して
いるかチェックする。
After switching the analog switch 44, the CPU
24 reads the analog signal of the CCD sensor 18 in step S23, and checks whether the analog signal of the sensor 18 is suitable for the analog processing section 19 in the next step S24.

【0072】レンジが適合していない場合、CPU24
はタイミングジェネレータ25にレンジが適合する様な
蓄積時間とする指令を出す。この動作はセンサ18の信
号がアナログ処理部19のレンジに適合するまで繰り返
し行われる。
If the range does not match, the CPU 24
Issues a command to the timing generator 25 to set the storage time so that the range fits. This operation is repeated until the signal of the sensor 18 matches the range of the analog processing section 19.

【0073】レンジが適合している場合、CPU24
は、ステップS25においてセンサ18からの信号によ
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
数に従って計算し、次のステップS26において後ピン
コントラスト値と前ピンコントラスト値の差分を計算す
る。
If the range is suitable, the CPU 24
In step S25, the contrast value of the front focus image and the rear focus image is calculated according to a predetermined evaluation function in accordance with the signal from the sensor 18, and in the next step S26, the difference between the rear focus contrast value and the front focus contrast value is calculated.

【0074】この差分量がある所定値α以上の場合、C
PU24はステップS27,28において差分の符号、
すなわち前ピンコントラスト値と後ピンコントラスト値
の大小関係からステージ10の駆動方向をその差分量の
絶対値から駆動量をそれぞれ算出しステージ駆動する。
このステージ駆動動作は後ピンコントラスト値と前ピン
コントラスト値の差分が±α以下となるまで繰り返され
る。
When this difference amount is greater than or equal to a predetermined value α, C
The PU 24 determines the sign of the difference in steps S27 and S28,
That is, the driving direction of the stage 10 is calculated from the magnitude relationship between the front focus contrast value and the rear focus contrast value, and the drive amount is calculated from the absolute value of the difference amount, and the stage is driven.
This stage driving operation is repeated until the difference between the rear focus contrast value and the front focus contrast value becomes ± α or less.

【0075】位相差検鏡以外の検鏡ではここでAF動作
は終了する。ところが外部コントローラ27に検鏡者が
予め入力してある現在の検鏡法をCPU24がステップ
S29において検知し、現在の検鏡法が位相差であると
認識すると、CPU24は、ステップS30においてア
ナログスイッチ44を位相差検鏡用フィルタ入力側に切
り換え、さらにBPF(A)入力側にアナログスイッチ
43を切り換える。
The AF operation ends here in a spectroscope other than the phase difference spectroscope. However, when the CPU 24 detects in step S29 the current microscopic method pre-input by the spectrograph to the external controller 27 and recognizes that the current microscopic method is a phase difference, the CPU 24 determines in step S30 that the analog switch is an analog switch. 44 is switched to the phase difference filter input side, and further the analog switch 43 is switched to the BPF (A) input side.

【0076】このフィルタを介した前ピン像コントラス
ト値と後ピン像コントラスト値の和が所定値β以下の場
合、CPU24はステップS32に移ってアナログスイ
ッチ43をBPF(B)入力側に切り換え、ステップS
33においてBPF(A)40またはBPF(B)41
を介した後ピン像コントラスト値と前ピン像コントラス
ト値の差分を計算し、この差分がしきい値γ以下の場合
に、合焦と判断しAF動作を終了する。
If the sum of the front pinned image contrast value and the rear pinned image contrast value through this filter is less than or equal to the predetermined value β, the CPU 24 proceeds to step S32 and switches the analog switch 43 to the BPF (B) input side, and step S
33 BPF (A) 40 or BPF (B) 41
The difference between the back-focused image contrast value and the front-focused image contrast value via is calculated, and if this difference is less than or equal to the threshold value γ, it is determined that focus is achieved, and the AF operation is ended.

【0077】一方、両者の差分がγ以上の場合には非合
焦と判断し、アナログスイッチ44を再びHPF側に切
換え、合焦判定が行われたステージ位置まで達したスキ
ャン方向と同方向にさらにステージを駆動し、AF動作
を再開する。
On the other hand, when the difference between the two is γ or more, it is determined that the lens is out of focus, the analog switch 44 is switched to the HPF side again, and in the same scanning direction as the stage position where the focus determination is performed. Further, the stage is driven to restart the AF operation.

【0078】この動作は後ピンコントラスト値と前ピン
コントラスト値の差分が所定値α以下の条件と位相差検
鏡用BPFで抽出した周波数帯域における後ピンコント
ラスト値と前ピンコントラスト値が所定値γ以下となる
条件の両条件が満たされるまで繰り返す。
This operation is performed under the condition that the difference between the rear pin contrast value and the front pin contrast value is a predetermined value α or less, and the rear pin contrast value and the front pin contrast value in the frequency band extracted by the phase difference spectroscopic BPF are the predetermined value γ. Repeat until both of the following conditions are met:

【0079】このように上記第2の実施例によれば、複
数種のBPF40,41を用いて図9に示す様にコント
ラスト値が低い場合、BPFを切り換えることにより
(イ)(ロ)へMTFを大きくして、合焦精度を高くす
ることができる。
As described above, according to the second embodiment, when the contrast value is low as shown in FIG. 9 by using a plurality of types of BPFs 40 and 41, the BPFs are switched to move to (a) and (b) MTF. Can be increased to improve the focusing accuracy.

【0080】又、図10に示すように(ハ)の様に光路
差の関係から偶然にコントラスト値が一致してもBPF
を切り換えることにより(ニ)の様に前ピン、後ピンが
共役位置にあるかどうかの確認を2重にしているため合
焦精度を高めることができる。この場合、図11に示す
ようにBPF(A)40によるコントラスト差分値とB
PF(B)41によるコントラスト差分値の両方の結果
を用いて合焦サーチを行えば、合焦速度は少し低下する
が、上記の如く前ピン、後ピンが共役位置にあるかどう
かの確認を2重にしているので、合焦精度を高くでき
る。
Further, as shown in FIG. 10, even if the contrast values happen to coincide with each other due to the optical path difference as shown in (c), the BPF
By switching between the two, it is possible to improve the focusing accuracy because the confirmation as to whether the front pin and the rear pin are in the conjugate position is doubled as in (d). In this case, as shown in FIG. 11, the contrast difference value by BPF (A) 40 and B
If a focusing search is performed using both results of the contrast difference value by the PF (B) 41, the focusing speed will be slightly reduced, but as described above, it is necessary to check whether the front pin and the rear pin are in the conjugate position. Since it is doubled, focusing accuracy can be increased.

【0081】又、本実施例では差分がγ以下となった場
合、AF動作を終了するが、さらに合焦精度を要求する
場合、さらにBPFの周波数帯域を変化させ、合焦に対
してMTF特性がさらに対称な帯域を選択し、前ピン、
後ピンコントラスト値の差分のしきい値を極力小さくす
れば、この要求を満たすことが可能となる。
Further, in the present embodiment, when the difference becomes γ or less, the AF operation is ended, but when further focusing accuracy is required, the frequency band of the BPF is further changed and the MTF characteristic with respect to the focusing is obtained. Selects a more symmetrical band, front pin,
This requirement can be satisfied by making the threshold value of the difference between the rear pin contrast values as small as possible.

【0082】被写体のもつ周波数特性に適合する様なバ
ンドパスフィルタのフィルタ定数を可変とすることによ
り、様々な被写体に対してAF対応が可能となる。位相
差検鏡時とその他の検鏡時の切換え手段を備えることに
より、位相差検鏡を含めたあらゆる検鏡に対してAF対
応が可能となる。なお、本発明は上記各実施例に限定さ
れるものではなく、種々変形実施可能である。
By varying the filter constant of the band-pass filter that matches the frequency characteristic of the subject, it becomes possible to deal with AF for various subjects. By providing the switching means for the phase difference spectroscope and the other spectroscope, it is possible to perform AF on all speculums including the phase difference speculum. It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made.

【0083】[0083]

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、位
相差検鏡における被写体像のように複数のサブピークを
持つコントラスト特性を示す被写体像からも確実に焦点
を検出でき、しかも装置の大型化を伴うことなく合焦速
度及び合焦精度を向上できる自動焦点検出装置を提供で
きる。
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to reliably detect the focus even from a subject image having a contrast characteristic having a plurality of sub-peaks such as a subject image in a phase-contrast spectroscope. It is possible to provide an automatic focus detection device that can improve the focusing speed and the focusing accuracy without increasing the size.

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

【図1】本発明に係わる自動焦点検出装置の第1の実施
例を示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of an automatic focus detection device according to the present invention.

【図2】同装置におけるアナログ処理部の具体的な構成
図。
FIG. 2 is a specific configuration diagram of an analog processing unit in the device.

【図3】被写体位置に対するコントラスト値を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a contrast value with respect to a subject position.

【図4】合焦時のMTF特性を示す図。FIG. 4 is a diagram showing MTF characteristics when focused.

【図5】偽合焦時のMTF特性を示す図。FIG. 5 is a diagram showing an MTF characteristic at the time of false focusing.

【図6】自動焦点検出の流れ図。FIG. 6 is a flowchart of automatic focus detection.

【図7】本発明に係わる自動焦点検出装置の第2の実施
例におけるアナログ処理部の具体的な構成図。
FIG. 7 is a specific configuration diagram of an analog processing unit in the second embodiment of the automatic focus detection device according to the present invention.

【図8】自動焦点検出の流れ図。FIG. 8 is a flowchart of automatic focus detection.

【図9】デフォーカス量に対する相対MTFを示す図。FIG. 9 is a diagram showing a relative MTF with respect to a defocus amount.

【図10】デフォーカス量に対する相対MTFを示す
図。
FIG. 10 is a diagram showing a relative MTF with respect to a defocus amount.

【図11】自動焦点検出の流れ図。FIG. 11 is a flowchart of automatic focus detection.

【図12】ステージ位置に対するコントラスト値を示す
図。
FIG. 12 is a diagram showing a contrast value with respect to a stage position.

【図13】ステージ位置に対するコントラスト値を示す
図。
FIG. 13 is a diagram showing a contrast value with respect to a stage position.

【図14】ステージ位置に対する前ピン/後ピンのコン
トラスト値の差分を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing a difference in contrast value between front and rear pins with respect to a stage position.

【図15】位相差検鏡におけるデフォーカス量に対する
コントラスト値を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing a contrast value with respect to a defocus amount in a phase contrast microscope.

【図16】MTF特性のシミュレーション結果を示す
図。
FIG. 16 is a diagram showing a simulation result of MTF characteristics.

【図17】MTF特性のシミュレーション結果を示す
図。
FIG. 17 is a diagram showing a simulation result of MTF characteristics.

【図18】MTF特性のシミュレーション結果を示す
図。
FIG. 18 is a diagram showing a simulation result of MTF characteristics.

【図19】位相差検鏡における前ピン/後ピンのコント
ラスト特性を示す図。
FIG. 19 is a diagram showing contrast characteristics of front pin / rear pin in the phase contrast microscope.

【図20】同前ピン/後ピンのコントラスト特性より作
成したS字カーブを示す図。
FIG. 20 is a diagram showing an S-shaped curve created from the contrast characteristics of the front pin / the rear pin.

【図21】デフォーカス量に対するコントラスト量を示
す図。
FIG. 21 is a diagram showing a contrast amount with respect to a defocus amount.

【図22】デフォーカス量に対する相対MTFを示す
図。
FIG. 22 is a diagram showing a relative MTF with respect to a defocus amount.

【図23】デフォーカス量に対する相対MTFを示す
図。
FIG. 23 is a diagram showing a relative MTF with respect to a defocus amount.

【図24】デフォーカス量に対する相対MTFを示す
図。
FIG. 24 is a diagram showing a relative MTF with respect to a defocus amount.

【図25】デフォーカス量に対する相対MTFを示す
図。
FIG. 25 is a diagram showing a relative MTF with respect to a defocus amount.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…ステージ、11…透過用光源、12…リングスリ
ット、14…位相差検鏡用対物レンズ、18…CCDセ
ンサ、19…アナログ処理部、21…A/D変換器、2
2…メモリ、23…演算回路、24…CPU、25…タ
イミングジェネレータ、26…駆動回路、27…外部コ
ントローラ、30…ハイパイフィルタ(HPF)、3
1,32,40,41…バンドパスフィルタ(BP
F)、33,34,43,44…アナログスイッチ、Q
…光路差プリズム、S…被写体。
10 ... Stage, 11 ... Transmission light source, 12 ... Ring slit, 14 ... Phase contrast microscope objective lens, 18 ... CCD sensor, 19 ... Analog processing part, 21 ... A / D converter, 2
2 ... Memory, 23 ... Arithmetic circuit, 24 ... CPU, 25 ... Timing generator, 26 ... Drive circuit, 27 ... External controller, 30 ... High pie filter (HPF), 3
1, 32, 40, 41 ... Bandpass filter (BP
F), 33, 34, 43, 44 ... Analog switch, Q
... Optical path difference prism, S ... Subject.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被写体に対して環状スリット光を照射
し、この被写体からの直接光と回折光とを位相差膜に透
過させてイメージセンサに入射し、このイメージセンサ
から出力される共役な前後の光像の画像信号に基づいて
前記被写体に対する合焦サーチを行う自動焦点検出装置
において、 前記イメージセンサから出力される画像信号から高周波
成分を抽出するハイパスフィルタと、 前記イメージセンサから出力される画像信号から前記ハ
イパスフィルタの周波数帯域に含まれ、合焦に対してほ
ぼ対称の周波数特性を抽出するバンドパスフィルタと、 これらハイパスフィルタ及びバンドパスフィルタからの
前記前後の光像を所定の評価関数に基づいて前記ハイパ
スフィルタにおける前後の光像のコントラスト値の差分
値と、前記バンドパスフィルタにおける前後の光像のコ
ントラスト値の差分値を求め、これら両方の差分値に基
づいて合焦サーチを行う合焦サーボ手段と、を具備した
ことを特徴とする自動焦点検出装置。
1. An object is irradiated with an annular slit light, and direct light and diffracted light from the object are transmitted through a phase difference film and made incident on an image sensor, and a conjugate front and rear output from the image sensor. In an automatic focus detection device that performs a focus search for the subject based on the image signal of the optical image of, a high-pass filter that extracts a high-frequency component from the image signal output from the image sensor, and an image output from the image sensor A bandpass filter that is included in the frequency band of the high-pass filter from the signal and extracts a frequency characteristic that is substantially symmetrical with respect to focus, and the front and rear optical images from the high-pass filter and the band-pass filter as a predetermined evaluation function. Based on the difference between the contrast values of the front and rear optical images in the high pass filter, the band pass filter An automatic focus detection device, comprising: a focus servo unit that obtains a difference value between contrast values of front and rear optical images in a filter and performs a focus search based on the difference values of both.
【請求項2】 バンドパスフィルタは、位相差膜及び環
状スリット光の種類に応じてフィルタ定数を切り換える
機能を有することを特徴とする請求項1記載の自動焦点
検出装置。
2. The automatic focus detection device according to claim 1, wherein the bandpass filter has a function of switching the filter constant according to the types of the retardation film and the annular slit light.
【請求項3】 バンドパスフィルタは、共役な関係を有
する前後の各光像に対する各コントラスト値の和、又は
これらコントラスト値のいずれかの大きさによりフィル
タ定数を切り換える機能を有することを特徴とする請求
項1記載の自動焦点検出装置。
3. The band-pass filter has a function of switching a filter constant depending on the sum of contrast values of front and rear optical images having a conjugate relationship, or the magnitude of any of these contrast values. The automatic focus detection device according to claim 1.
【請求項4】 合焦サーボ手段は、位相差検鏡以外の検
鏡の場合にハイパスフィルタにおけるコントラスト値の
差分値のみに基づいて合焦サーチを行い、一方前記位相
差検鏡の場合にはハイパスフィルタにおけるコントラス
ト値の差分値及びバンドパスフィルタにおけるコントラ
スト値の差分値の両方の結果に基づいて合焦サーチを行
う機能を有することを特徴とする請求項1記載の自動焦
点検出装置。
4. The focusing servo means performs a focusing search based on only the difference value of the contrast values in the high-pass filter in the case of a spectroscope other than the phase difference spectroscope, while in the case of the phase difference spectroscope. The automatic focus detection device according to claim 1, further comprising a function of performing a focus search based on a result of both a difference value of contrast values in the high pass filter and a difference value of contrast values in the band pass filter.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09197251A (en) * 1996-01-23 1997-07-31 Olympus Optical Co Ltd Automatic focusing device
JP2007155982A (en) * 2005-12-02 2007-06-21 Kawasaki Heavy Ind Ltd Phase object detecting device and phase object detecting method

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