JPH1048512A - オートフォーカス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い走査範囲に渡って短時間で走査を行なっ
て精度良くフォーカスポイントを検出可能なオートフォ
ーカス装置を実現すること。 【解決手段】 オートフォーカス装置４は、点ａからｂ
の広い範囲で顕微鏡ステージを粗いピッチで移動して映
像信号のコントラストカーブ９６Ｃを得る。この粗フォ
ーカス動作に続いて、点ｄからｅの狭い範囲で顕微鏡ス
テージを細かいピッチで移動してコントラストカーブ９
７Ｃを得る。この密フォーカス動作によっ得られるカー
ブ９７Ｃのピーク値Ｐ２と最小値ＰＬの差Δ２が値Δ０
よりも大きい場合にのみ、このピーク値Ｐ２の位置をフ
ォーカスポイントとして採用する。広い走査範囲に渡っ
て短時間で精度良く映像信号のコントラストを求めるこ
とができ、しかも常に正確なフォーカスポイントの位置
を検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生物顕微鏡等によ
って得られる被検体の拡大像を写真撮影する顕微鏡写真
撮影システム等において写真撮影のためのフォーカス動
作を自動的にしかも精度良く行なうためのオートフォー
カシング装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】生物顕微鏡写真の撮影を行なうためのシ
ステムとしては、光学顕微鏡に取り付けた写真撮影装置
のフォーカス動作を自動化するために、ＣＣＤカメラに
よるオートフォーカス装置を備えたものが知られてい
る。オートフォーカス装置を用いることにより、写真撮
影装置のフォーカス動作を目視による場合よりも精度良
く行ない、ボケの無い写真撮影を行なうことができる。

【０００３】このようなオートフォーカス装置による写
真撮影装置のオートフォーカス動作は、光学顕微鏡で病
理標本等を撮影する場合等に便利である。すなわち、こ
の場合、標本の全体像を把握するための低倍率（弱拡
大）写真と、病変部を精査するための高倍率（強拡大）
写真を撮ることが多い。低倍率写真の撮影においては、
フォーカシングが難しく、目視で観察したときにははっ
きり見えても、写真に撮影したものはボケでおり実用に
耐えないことが多い。低倍率対物レンズ使用時のフォー
カシングが難しいのは、写真撮影装置の光学系の焦点深
度が目視での焦点深度よりも浅いことが原因である。

【０００４】この点に鑑みて、本願人は、先に実願平５
−２５４７８号明細書において、顕微鏡における対物レ
ンズの倍率が１乃至４倍程度の低倍率の場合にも、写真
撮影装置のオートフォーカスを簡単に行なうためのオー
トフォーカス装置を備えた顕微鏡写真装置を提案してい
る。

【０００５】上記のオートフォーカス装置はコントラス
検出型のものである。図１３を参照してその動作の概要
を説明する。オートフォーカス装置では、光学顕微鏡お
よび写真撮影装置のレンズ光学系を介して形成される被
写体７の像を、ＣＣＤカメラ等の撮像素子５１を介して
取込み可能となっている。光学顕微鏡のステージを移動
させながら、一定のタイミングで映像信号を取込み、そ
の高周波成分の検出を行い、映像信号のコンラストを算
出する。ステージ移動はレンズ光学系をその遠点側と近
点側の間で走査したことに対応する。この走査により曲
線Ｃで示すようなコントラストカーブが得られる。最も
コントラストの高い値Ｐが得られた位置がフォーカスポ
イントであると判断する。そして、この状態が形成され
るように、レンズ光学系を移動する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようなコントラス
ト検出型のオートフォーカス装置を備えたシステムは、
生物顕微鏡写真を撮影するために、医療現場、大学等に
おいて、医者、医学研究者等によって使用されている。
生物顕微鏡写真の撮影は、金属顕微鏡写真の撮影とは異
なり、低倍率で写真撮影を行なう場合が多い。このた
め、一般には、オートフォーカス装置による走査範囲を
広くしないと、フォーカスポイントが検出されないこと
が多い。

【０００７】しかし、走査範囲を広げると、常に広い走
査範囲で映像信号のコントラスト検出を行なうことが必
要となるのでその分動作速度が低下してしまう。例え
ば、手動によるピント合わせの精度が良かった場合等に
は、狭い走査範囲を走査するのみでフォーカスポイント
を検出できるのにも拘わらず、必ず広い範囲に渡って走
査する必要があるので、動作速度が低下し、また、動作
効率も悪い。

【０００８】本発明の課題は、このような点に鑑みて、
効率良くフォーカシングを行なうことの可能なオートフ
ォーカス装置を実現することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、レンズ光学系
を介して被写体の光像が入力される撮像素子と、前記レ
ンズ光学系を走査することにより前記撮像素子を介して
時系列的に入力される被写体の映像信号に含まれる高周
波数成分から各映像信号のコントラスト値を検出するコ
ントラスト検出回路と、当該コントラスト検出回路によ
りコントラスト値のピーク値が検出された時点をフォー
カスポイントであると判別してオートフォーカス動作を
行うオートフォーカス装置において、第１の移動ピッチ
で第１の走査幅の範囲に渡って前記レンズ光学系を走査
することにより映像信号のコントラスト検出を行なう粗
フォーカス動作と、前記第１の移動ピッチよりも小さな
第２の移動ピッチで前記粗フォーカス動作によって得ら
れたコントラストのピーク値を含む第２の走査幅の範囲
に渡って映像信号のコントラスト検出を行なう密フォー
カス動作とを行うようにしている。また、前記密フォー
カス動作によって得られた映像信号のコントラストカー
ブのピーク値と最小値の差が予め設定した値を越える場
合には、当該コントラストカーブのピーク値が検出され
た時点をフォーカスポイントであると判別するようにし
ている。

【００１０】このように、本発明では、広い走査範囲に
渡って粗いピッチでコントラストを求めて、大凡のフォ
ーカスポイントを見つけ、次に、フォーカスポイントと
思われる点を含む狭い走査範囲内を細かいピッチでコン
トラストを求め、これに基づきフォーカスポイントを検
出している。この２段階のオートフォーカス動作を行な
えば、始めから広い走査範囲に渡って細かいピッチでコ
ントラストを求めてフォーカスポイントを見つける動作
に比べて、短時間でフォーカシング状態を形成できる。

【００１１】また、密フォーカス動作では、細かなピッ
チでコントラスト検出が行なわれるので、フォーカスポ
イントを精度良く検出できる。

【００１２】これに加えて、本発明では、密フォーカス
動作によって得られたコントラストカーブのピーク値と
最小値の差が大きい場合にのみ、フォーカスポイントが
検出されたと判断している。このように、ピーク値が明
確に現れた場合にのみ、その位置をフォーカスポイント
として採用しているので、得られるフォーカスポイント
は常に正確なものになるという利点がある。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
の好適な実施の形態を説明する。

【００１４】（全体構成）図１には、本発明が適用され
たオートフォーカス装置を備えた顕微鏡写真撮影システ
ムの全体構成を示してある。顕微鏡写真撮影システム１
は生物系の弱拡大（１乃至１０倍）対物レンズに使用条
件を限定し、オートフォーカス動作を最適化したもので
ある。また、操作を対物レンズの倍率に対応した４つの
オートフォーカス起動スイッチのみとして、操作の単純
化を図っている。さらに、弱拡大対物レンズは焦点深度
が非常に深く、正確なフォーカシングを行なうためには
コントラスト検出のための走査幅を広くとる必要があ
る。そこで、走査幅が広くても短時間でフォーカシング
を行なうことができるようにしている。さらにまた、精
度良くフォーカシングを行なうことができるようにして
いる。

【００１５】図１に示すように、顕微鏡写真撮影システ
ム１は、生物顕微鏡２と、ここに取り付けた写真撮影装
置３と、この写真撮影装置のフォーカシングを行なうた
めのオートフォーカス装置４から基本的に構成されてい
る。オートフォーカス装置４は、点線で模式的に示す信
号線５を介して、電気的に、写真撮影装置３に接続さ
れ、ここで得られる被写体の映像信号が取り込まれる。
また、オートフォーカス装置４は同様に点線で模式的に
示す信号線６を介して生物顕微鏡２のステージ２１の駆
動機構２２に接続され、当該駆動機構２２を駆動してフ
ォーカシングステージ２１を昇降させる。

【００１６】オートフォーカス装置４のケース前面は操
作パネル４１となっており、この操作パネル４１には、
４つのオートフォーカス起動スイッチ４２（４２（×
１）、４２（×２）、４２（×４）および４２（×１
０））が配列されている。また、オートフォーカス動作
によりフォーカスポイントが適正に検出されたか否かを
表示するためのフォーカス表示ランプ群４３（４３ａ、
４３ｂ）、映像信号の検出エラーが発生した場合に点灯
するエラー表示ランプ４４、および被写体の照明レベル
が適切であるか否かを表示するためのゲイン表示ランプ
群４５（４５ａ、４５ｂ、４５ｃ）が配列されている。
これらのスイッチあるいはランプがどのような場合に操
作あるいは点灯されるのかについては後述する。なお、
４６は電源ランプである。

【００１７】この顕微鏡写真撮影システム１を用いて、
写真を撮影するときは、ステージ２１に被写体７として
の試料を置き、対物レンズ２３として、４つの低倍率対
物レンズ（１、２、４および１０倍）のうちから一つを
選択し、しかる後に接眼部２３を用いて目視によりフォ
ーカシングと視野の決定を行なう。次に、フォーカシン
グビュワを取り外した後に取り付けたＣＣＤカメラ５１
を備えたオートフォーカス装置４を起動する。この起動
のためには、４個のオートフォーカス起動スイッチ４２
のうち、使用している対物レンズに対応したものを操作
すればよい。この結果、オートフォーカス装置４は、ス
テージの駆動機構２２を構成しているフォーカシングノ
ブ微動軸を駆動して、オートフォーカス動作を行なう。
これによりピントが合った後は、写真撮影装置３のフィ
ルムカメラ３１を操作して顕微鏡写真の撮影を行なう。

【００１８】図２には、本例の顕微鏡写真撮影システム
１のレンズ光学系および制御系の概略構成を示してあ
る。この図に示すように、レンズ光学系は、光学顕微鏡
２の側に組み込まれている対物レンズ２３と、ハーフミ
ラー２４および接眼レンズ２５を備えている。対物レン
ズ２３を介して得られる被写体試料７の拡大像は、ハー
フミラー２４を通過して写真撮影装置３の側の撮影レン
ズ３２に向かうと共に、ここで反射されて接眼レンズ２
５の側に向かう。撮影レンズ３２に向かった拡大像はこ
こを介して、写真フィルム３３の上に結像する。撮影レ
ンズ３２と写真フィルム３３の間の光路上にもハーフミ
ラー３４が配置されている。このハーフミラー３４で反
射された被写体像は、オートフォーカス装置４のＣＣＤ
カメラ５１の撮像素子５２で受光される。

【００１９】フォーカシングステージ２１の裏面側、図
においては下側には照明光源２６が配置されている。ス
テージ２１に乗せた被写体試料７は、照明光源２６によ
って照明される。

【００２０】一方、ＣＣＤカメラ５１で受光された被写
体試料７の映像信号は、例えば、ＮＴＳＣ方式の映像信
号として信号線５を介してオートフォーカス装置４に入
力される。オートフォーカス装置４の駆動制御回路８の
主要機能はマイクロコンピュータによって実現される機
能であり、ＣＰＵ８４の制御のもとに、ＲＡＭ８８をワ
ーキングエリアとして利用して、ＲＯＭ８７に格納され
ている制御プログラムを実行することにより達成され
る。

【００２１】この駆動制御回路８は、映像信号を一時的
に記憶保持するためのバッファ８１と、ここを介して映
像信号を受け取りそのコンラストを検出するコントラス
ト検出回路８２と、映像信号を受けて照明光源２６によ
る照明レベルを検出する照明レベル検出回路８３と、こ
れらの各部分の駆動制御を司るＣＰＵ８４を備えてい
る。これらの各部分の駆動は、映像信号の同期信号を基
にしてタイミングコントーラ８５から供給されるタイミ
ング信号に基づき行なわれる。また、操作部８６を備え
ており、この操作部８６は図１に示す各種のスイッチ４
２、ランプ４３乃至４６を備えている。この構成のオー
トフォーカス装置４の制御回路８は、入出力インタフェ
ース８９を介して、モータドライバ９に接続されてい
る。また、不図示のホストコンピュータの側にも接続可
能となっている。

【００２２】モータドライバ９は、光学顕微鏡２のフォ
ーカシングステージ２１の駆動機構２２の駆動源である
フォーカスモータ２７を駆動するものである。フォーカ
スモータ２７としてステッピングモータを採用してい
る。

【００２３】（制御系および動作概要）図３には、本例
の顕微鏡写真撮影システム１の制御系を、オートフォー
カス装置４の駆動制御回路８のＣＰＵ８４を中心に実現
される制御機能ブロックと共に示してある。この図を参
照して、本例のシステム１の制御系を更に詳しく説明す
る。

【００２４】まず、オートフォーカス装置４が起動され
ると、すなわち、オートフォーカス起動スイッチ４２の
いずれかが操作されると、ＲＡＭ内あるいはＲＯＭ内に
予め格納されているオートフォーカス動作の制御パラメ
ータを記憶しているパラメータ記憶部９１から該当する
制御パラメータが出力される。本例では、後述するよう
に２段階オートフォーカス動作を行なうように構成され
ている。したがって、最初に行なわれる粗フォーカス動
作のための粗パラメータ群９２（後述のパルス数Ｊ１、
Ｓ１、第１の走査幅Ｗ１等）および、この粗フォーカス
動作に続いて実行される密フォーカス動作のための密パ
ラメータ群９３（後述のパルス数Ｊ２、Ｓ２、第２の走
査幅Ｗ２等）が出力される。

【００２５】オートフォーカス装置４のＣＰＵ８４は、
これらの制御パラメータ群に基づき、フォーカスモータ
２７の駆動を制御するモータ制御動作９４を実行する。
このモータ制御動作９４によって出力される駆動信号に
より、モータドライバ９を介してフォーカスモータ２７
が駆動されて、顕微鏡２のフォーカシングステージ２１
が光学系の光軸に沿って往復移動する。

【００２６】フォーカシングステージ２１を移動させな
がらＣＣＤカメラ５１を介して得られる映像信号は、バ
ッファ８１において、上記の制御パラメータ９２、９３
に含まれているサンプリングタイミングで１コマづつサ
ンプリングされる。サンプリングされた映像信号はバッ
ファ８１を介してコントラスト検出回路８２に供給され
る。

【００２７】コントラスト検出回路８２では、映像信号
から高周波成分を抽出してそのコントラストを検出す
る。最初に実行される粗フォーカス動作時におけるステ
ージ２１の移動（即ち、光学系の走査）により検出され
た映像信号のコントラストは時系列的にＲＡＭに展開さ
れている粗フォーカス動作用コントラストメモリ９６に
記憶保持される。粗フォーカス動作の後に実行される密
フォーカス動作時において検出される映像信号のコント
ラストも、同様に、時系列的にＲＡＭに展開されている
密フォーカス動作用コントラストメモリ９７に記憶保持
される。

【００２８】これらのメモリ９６、９７の内容に基づ
き、コントラストカーブ作成動作９８が実行されて、粗
フォーカス動作による映像信号のコントラストカーブ９
６Ｃと、密フォーカス動作による映像信号のコントラス
トカーブ９７Ｃが得られる。しかる後に、これらのコン
トラストカーブ９６Ｃ、９７Ｃの形状判定９９が実行さ
れる。

【００２９】粗フォーカス動作により得られたコントラ
ストカーブ９６Ｃに基づく形状判定動作９９Ａでは、当
該コントラストカーブ９６Ｃのパターンを判別する。次
に、判別されたパターンに基づき、後述のオートフォー
カス再スタートを行なうか否かの判定動作１０１を行な
う。この判定動作１０１は、パターンに基づき、粗フォ
ーカス動作を再度行なうか否かを決定すると共に、粗フ
ォーカス動作を再度行なう場合には、その走査範囲の設
定を行なう。さらには、後述のフォーカス動作の確認表
示のための表示制御信号を出力して、フォーカスポイン
トが得られたか否かの表示を、表示ランプ４３を点滅す
ることにより行なう。

【００３０】粗フォーカス動作を再度行なう場合には、
モータ制御動作９４が実行されて、新たに設定された走
査範囲での粗フォーカス動作が実行される。

【００３１】１回の粗フォーカス動作により明確なフォ
ーカスポイントが検出された場合には、密フォーカス動
作のための走査範囲設定動作１０２が実行される。この
走査範囲設定動作１０２により設定された走査範囲で密
フォーカス動作が実行されるように、モータ制御動作９
４が行なわれる。

【００３２】密フォーカス動作によって得られるコント
ラストカーブ９７Ｃに対しても形状判定動作９９Ｂが行
なわれる。また、形状判定動作９９Ｂによって、そのコ
ントラストの最大値と最小値の差も算出される。この形
状判定９９Ｂに基づき、フォーカスポイント位置検出動
作１０３が行なわれる。フォーカスポイントが検出され
ると、モータ制御動作９４が実行されて、フォーカスモ
ータ２７を駆動して、フォーカスステージ２１をフォー
カスポイントに向けて移動して、その位置に停止させ
る。

【００３３】なお、密フォーカス動作によって得られた
コントラストカーブ９７Ｃの形状判定動作９９Ｂの結果
は、ランプ４３を介して表示される。

【００３４】ここで、本例のオートフォーカス装置４に
おいては、その駆動制御回路８には照明レベル検出回路
８３が備わっている。この照明レベル検出回路８３で
は、映像信号レベル検出動作８３３を行なうと共に、映
像信号から抽出した高周波成分のレベル（振幅）検出動
作８３２を行い、これらのレベルの加算動作８３４を実
行する。そして、加算結果に基づき、照明レベルが適正
な範囲内であるか、その範囲よりも高いのか低いのかの
レベル比較動作８３５を実行する。この比較結果に基づ
き、ランプ４５を駆動する。

【００３５】次に、本例の顕微鏡写真撮影システム１の
主要部分の構成およびその動作を説明する。

【００３６】（コントラスト検出処理）図４には、本例
のコントラスト検出回路８２の構成および動作を示して
ある。コントラスト検出処理は一般的に知られたもので
あるので、以下にその概要のみを説明する。

【００３７】本例では、映像信号のコントラスト検出
を、アナログ回路からなるコントラスト検出回路８２に
よって行なっている。コントラスト検出回路８２によっ
て行なわれるコントスト検出方法は、映像信号の各走査
線毎のコントラスト成分のピーク検出処理を行なうこと
により、１画面分のコントラストを求めるものである。

【００３８】図４（Ａ）に示すように、映像信号は、バ
ッファアンプ８２１を介してゲート８２２に供給され
る。このゲート８２２およびアンプ８２３を介してハイ
パスフィルタ８２４に供給され、ここで、高周波成分の
みが抽出される。抽出された高周波成分はピーク検出回
路８２５に供給される。このピーク検出回路８２５にお
いて検出された高周波成分のピーク値はマルチプレクサ
８２６を介してＡ／Ｄ変換器８２７でデジタル値に変換
される。しかる後に、走査線毎のコントラスト信号とし
てＣＰＵ８４に供給される。ＣＰＵ８４では、走査線毎
のコントラスト信号を加算することにより、映像信号１
画面分のコンラスト値を演算する。演算された１画面分
のコントラスト値は、ＲＡＭ８８内に展開されているコ
ントラストメモリ９６あるいは９７に格納される。

【００３９】図４（Ｂ）にはＣＣＤカメラ５１の側から
供給される映像信号のうち、水平同期信号によって前後
が規定される１水平走査線分の映像信号波形の例を示し
てある。この映像信号は、ハイパスフィルタ８２４を介
して図４（Ｂ）に示すように高周波成分のみが抽出され
る。そして、ピーク検出回路８２５においては、抽出さ
れた高周波成分の最大および最小値の差、図において
は、の点との点の差が、コントラスト値として出力
される。このコントラスト値はデジタル値に変換されて
ＣＰＵ８４に供給される。

【００４０】なお、コントラスト検出方法としては、積
分処理を行なって、１走査線分の映像信号から高周波数
成分を積分してコントラストを求めてもよい。

【００４１】（２段階オートフォーカス動作）前述した
ように、本例の顕微鏡写真撮影システム１は、生物系の
弱拡大（１乃至１０倍）対物レンズに使用条件を限定し
ている。弱拡大対物レンズは焦点深度が非常に深く、正
確なフォーカス動作を行なうためには、上記のようなコ
ントラスト検出のための走査範囲を広くとる必要があ
る。このために、通常のオートフォーカス動作では、コ
ントラストのサンプリングポイントが多くなり、フォー
カスポイントが得られるまでに時間が掛かってしまう。

【００４２】本例のオートフォーカス装置４では、前述
のように、粗フォーカス動作と密フォーカス動作からな
る２段階オートフォーカス動作を行い、オートフォーカ
ス動作に必要な時間を短縮化している。すなわち、ま
ず、粗フォーカス動作を実行して、広い走査範囲を大ま
かに走査して大凡のフォーカスポイントを検出する。次
に、密フォーカス動作を実行して、大凡のフォーカスポ
イントを含む狭い走査範囲を密にサンプリングして正確
なフォーカスポイントを検出するようにしている。この
ような２段階オートフォーカス動作を行なうと、オート
フォーカス動作に必要なコントラストのサンプリングポ
イント数を全体として減らすことができ、迅速なオート
フォーカス動作を実現できる。

【００４３】以下に、図５を主として参照して、本例の
２段階オートフォーカス動作を説明する。

【００４４】まず、オートフォーカス装置４の操作パネ
ル４１に配列されているオートフォーカス起動スイッチ
４２の何れか一つが操作されると、それに対応する制御
パラメータ群が設定される。この後、オートフォーカス
装置４は、粗フォーカス動作を実行する。

【００４５】すなわち、図５（Ａ）に示すように、顕微
鏡２のステージ２１を初期位置ａに戻した後に、予め設
定されている第１の走査幅Ｗ１を規定する一方の端（初
期位置）ａから他方の端ｂの位置まで移動させる。ステ
ージ移動制御のための動作パラメータ群には、ステージ
移動の最小単位Ｊと、コントラストデータのサンプリン
グ数Ｓとが含まれている。これらの値ＪおよびＳは、ス
テッピングモータ２２の駆動パルスのパルス数で設定さ
れている。したがって、第１の走査幅Ｗ１はＪ１×Ｓ１
で求まるパルス数で設定されている。粗フォーカス動作
の時には、ステージ２１が最小単位Ｊ１だけ移動する毎
に、コントラストデータをサンプリングする動作がＳ１
回繰り返される。

【００４６】ここで、フォーカス動作を精度良く行なう
ためには、ステージ移動の最小単位、すなわちステージ
の移動ピッチＪ１は、光学系の焦点深度の１／５から１
／１０以下に設定することが必要である。本例では、各
対物レンズの倍率に対応して、最適な値のＪ１が設定さ
れている。

【００４７】図５（Ｂ）には、この粗フォーカス動作に
よって得られるコントラストカーブ９６Ｃの例を示して
ある。このような走査幅Ｗ１のほぼ中央にコントラスト
値のピーク値Ｐ１が現れる場合が典型的で理想的な例で
ある。この場合には、ステージ２１をまず、次に行なう
密フォーカス動作のための初期位置ｃまで移動させる。
また、ピーク値Ｐ１が得られたステージ位置Ｆ１を仮の
フォーカスポイントと断定して、この位置Ｆ１を含むよ
うに、予め設定された幅を有する第２の走査幅Ｗ２の範
囲を設定する。図示の例では、第２の走査幅Ｗ２は、コ
ントラストのピーク値Ｐ１を含む点ｄから点ｅまでの範
囲として設定される。さらに、密フォーカス動作を実行
するための動作パラメータとして、ステージ移動の最小
単位がＪ２に設定され、コントラストデータのサンプリ
ングポイント数がＳ２に設定される。したがって、第２
の走査幅Ｗ２はＪ２×Ｓ２で求まるパルス数で設定され
ている。

【００４８】ここで、ステージ移動の最小単位、すなわ
ちステージの移動ピッチＪ２は、フォーカス動作を精度
良く行なうために、光学系の焦点深度の１／５から１／
１０以下に設定することが必要である。本例では、各対
物レンズの倍率に対応して、最適な値のＪ２が設定され
ている。また、これらの値Ｊ２は、上記の粗フォーカス
動作時に設定される値Ｊ１よりも小さな値とされる。具
体的には、第１の走査幅Ｗ１はＣＣＤの焦点深度の５
倍、ステージの移動ピッチＪ１、即ち、サンプリングピ
ッチは１／５、第２の走査幅Ｗ２はＣＣＤの焦点深度の
２倍、ステージの移動ピッチＪ２、即ち、サンプリング
ピッチは１／１０に設定しているが、これらに限定する
ものではない。

【００４９】図５（Ｄ）および（Ｅ）を比較すると分か
るように、密フォーカス動作での走査幅Ｗ２は走査幅Ｗ
１よりも大幅に狭いが、ステージ移動の最小単位Ｊ２は
粗フォーカス動作時の値Ｊ１に比べて小さい。したがっ
て、狭い範囲においてコントラストデータのサンプリン
グを密に行なうことができる。密フォーカス動作が実行
されると、例えば、図５（Ｃ）で示すコントラストカー
ブ９７Ｃが得られる。この図に示すように、得られたコ
ントラストカーブ９７Ｃの中央部分にコントラストのピ
ーク値Ｐ２が現れる場合が典型的で理想的な例である。
この場合には、ピーク値Ｐ２が得られた位置をフォーカ
スポイントＦ２であると断定する。そして、ステージ２
１をそのフォーカスポイントＦ２まで移動して止める。

【００５０】このようにしてピントが合った後は、写真
撮影装置３を操作して顕微鏡写真撮影を行なうことにな
る。

【００５１】なお、密フォーカス動作によって得られる
コントラストカーブ９７Ｃにおいて、その両端以外の点
にピーク値Ｐ２が現れないときには、オートフォーカス
動作を停止する。オートフォーカス動作が停止した旨
は、表示ランプ４３（図１参照）を介して操作者に知ら
せる。操作者は、このランプ４３の点灯状態から、オー
トフォーカス動作が不調に終わったことを知った場合に
は、再度、接眼レンズを覗いて目視により大凡のフォー
カス動作を行い、再度、オートフォーカス動作を起動す
ればよい。

【００５２】以上のように、本例の顕微鏡写真システム
１のオートフォーカス装置４は２段階オートフォーカス
動作を実行している。したがって、広い走査幅Ｗ１に渡
って密にコントラストデータをサンプリングしてフォー
カスポイントを検出する方法に比べて、極めて短い時間
でフォーカスポイントＦ２を検出できる。

【００５３】（オートフォーカス再スタート機能）ここ
で、上記のような粗フォーカス動作によって得られるコ
ントラストカーブ９６Ｃとしては、その走査幅Ｗ１の走
査範囲内にコントラストのピーク値Ｐ１が現れない場合
がある。すなわち、前述したように、顕微鏡写真の撮影
に当たっては、まず、操作者が接眼レンズを覗き、手動
でフレーミングを行なう。このように最初に目視により
フォーカス動作が行なわれるので、上述したような粗フ
ォーカス動作のための走査範囲内に実際のフォーカスポ
イントが入っていない事態も発生する。

【００５４】そこで、図６および図７に示すように、本
例のオートフォーカス装置４では、このような場合に、
走査範囲をシフトして再度、粗フォーカス動作を実行す
るようにしている。

【００５５】まず、図６に示す例は、第１回目の粗フォ
ーカス動作によって得られたコントラストカーブ９６Ｃ
１が、一方の端の位置ｂから他方の端の位置ａに向けて
単調増加している形状となっている場合である。この場
合には、大きいコントラスト値が得られた点ａに隣接さ
せて、再オートフォーカス動作用の走査範囲（点ａから
点ａ１の範囲）を設定する。この走査範囲の走査幅も第
１回目の粗フォーカス動作時と同様に第１の走査幅Ｗ１
に設定される。

【００５６】再オートフォーカス動作は、まず、ステー
ジ２１を点ｂから点ａ１まで移動し、そこから逆方向に
ステージ２１をピッチＪ１で移動させながらコントスト
データのサンプリングを行なう。サンプリングポイント
数はＳ１である。この再オートフォーカス動作によっ
て、例えば、コントラストカーブ９６Ｃ２が得られる。
このコントラストカーブ９６Ｃ２には、その両端以外の
点にピーク値Ｐ１が現れている。

【００５７】したがって、この後は、前述したように２
段階オートフォーカス動作における密フォーカス動作を
実行する。この場合には、ピーク値Ｐ１が現れた第１の
フォーカスポイント位置Ｆ１を含む第２の走査幅Ｗ２の
走査範囲（点ｄ１から点ｅ１までの範囲）を設定し、こ
の範囲内で、ステージ２１をピッチＪ２で移動させなが
らコントラストデータのサンプリングを行なう。したが
ってこの場合のサンプリングポイント数はＳ２である。

【００５８】この結果、例えば、コントラストカーブ９
７Ｃ２が得られる。このコントラストカーブ９７Ｃ２に
は、その両端以外の点にピーク値Ｐ２が現れているの
で、この値Ｐ２が現れる点がフォーカスポイントＦ２で
あると断定される。そして、このポイントＦ２に向けて
ステージ２１を移動して、その位置に停止させる。これ
によりフォーカス動作が終了する。

【００５９】なお、密フォーカス動作によって得られる
コントラストカーブ９７Ｃ２において、その両端以外の
点にピーク値Ｐ２が現れないときには、オートフォーカ
ス動作を停止する。オートフォーカス動作が停止した旨
は、表示ランプ４３（図１参照）を介して操作者に知ら
せる。操作者は、このランプ４３の点灯状態から、オー
トフォーカス動作が不調に終わったことを知った場合に
は、再度、接眼レンズを覗いて目視により大凡のフォー
カス動作を行い、再度、オートフォーカス動作を起動す
ればよい。

【００６０】一方、図７には、上記の例とは逆に、粗フ
ォーカス動作によって得られたコントラストカーブ９６
Ｃ３が、点ａの側から点ｂに向けて単調増加した曲線と
なった場合である。この場合には、コントラスト値が大
きい点ｂの側に隣接して、オートフォーカス再スタート
のための走査範囲（点ｂから点ｂ１までの範囲）を設定
する。この場合にも走査幅は第１の走査幅Ｗ１である。

【００６１】この後は、上記の図６で説明した場合と同
様にして第２回目の粗フォーカス動作が実行される。こ
れにより、コントラストカーブ９６Ｃ４が得られた場合
には、そのフォーカス位置Ｆ１を含む第２の走査幅Ｗ２
の範囲（点ｄ２から点ｅ２までの範囲）が、密フォーカ
ス動作の走査範囲として設定される。密フォーカス動作
によってコントラストカーブ９７Ｃ３が得られると、そ
のピーク値Ｐ２が現れる位置Ｆ２がフォーカスポイント
と判断され、そこに向けてステージ２１が移動して、そ
の位置に停止する。

【００６２】この場合においても、密フォーカス動作に
よって得られるコントラストカーブ９７Ｃ３においてそ
の両端以外の点にピーク値Ｐ２が現れないときには、オ
ートフォーカス動作を停止する。オートフォーカス動作
が停止した旨は、表示ランプ４３（図１参照）を介して
操作者に知らせる。

【００６３】次に、本例のオートフォーカス再スタート
機能の変形例としては、次のような動作態様を挙げるこ
とができる。本例では、粗フォーカス動作を繰り返し行
なうようにしている。この代わりに、あるいは、これと
共に、密フォーカス動作も同様に走査範囲をシフトさせ
て繰り返し行なうようにすることができる。このような
制御動作は、例えば、粗フォーカス動作においてはコン
トラストのピーク値Ｐ１が検出されたのにも関わらず、
密フォーカス動作ではコントストのピーク値Ｐ２が検出
されない場合に有効である。このような場合、密フォー
カス動作の走査範囲をシフトさせることにより、ピーク
値Ｐ２を検出できる場合がある。

【００６４】また、オートフォーカス再スタート機能の
変形例としては、粗フォーカス動作、密フォーカス動作
の繰り返し実行回数を３回以上にするもの、または、２
回目以降の粗フォーカス動作、密フォーカス動作の走査
幅を異なる走査幅に設定するもの等を挙げることができ
る。

【００６５】このようなオートフォーカス再スタート機
能に伴う走査幅、走査回数等の動作パラメータも、使用
される対物レンズの倍率に対応した値が使用できるよう
に、オートフォーカス起動スイッチ４２の操作に応じ
て、対応する動作パラメータを設定できるようにするこ
とも可能である。

【００６６】（オートフォーカス停止機能）次に、本例
のオートフォーカス装置４によって実行されるオートフ
ォーカス停止機能を説明する。

【００６７】まず、本例のオートフォーカス装置４は、
図６、図７に示すオートフォーカス再スタート機能を次
のような場合には起動させず、オートフォーカス動作を
停止させる。すなわち、第１回目の粗フォーカス動作に
よって得られるコントラストカーブ９６Ｃ１あるいは９
６Ｃ３において、その最大値と最小値の差Δが予め設定
した値を越えていない場合には、オートフォーカス再ス
タートを行なわない。この場合には、実際のフォーカス
ポイントＦ２が、粗フォーカス動作の走査範囲から大幅
に外れているものと判断して、オートフォーカス動作を
停止する。

【００６８】この場合、オートフォーカス動作が停止し
た旨を表示ランプ４３（図１参照）を介して操作者に知
らせる。操作者は、このランプ４３の点灯状態から、オ
ートフォーカス動作が不調に終わったことを知った場合
には、再度、接眼レンズを覗いて目視により大凡のフォ
ーカス動作を行い、再度、オートフォーカス動作を起動
すればよい。

【００６９】このように、本例では、得られるコントラ
ストの変化が殆ど無い場合には、オートフォーカス動作
を停止する。

【００７０】また、本例では、オートフォーカス再スタ
ート機能が起動して、２回目の粗フォーカス動作を実行
して得られるコントラストカーブにおいてその両端以外
の点にピーク値が現れない場合にも、オートフォーカス
動作を停止している。図８を参照して説明すると、点ａ
から点ｂに渡って第１回目の粗フォーカス動作を行なう
ことにより、コントラストカーブ９６Ｃ４が得られたと
する。この場合、コントラストの最大値と最小値の差Δ
が予め設定した値を越える場合には、前述したオートフ
ォーカス再スタート機能が起動する。この結果、点ｂか
ら点ｂ１に到る走査範囲の粗フォーカス動作が実行され
る。この第２回目の粗フォーカス動作によって得られた
コントラストカーブ９６Ｃ５において、その両端位置
ｂ、ｂ１以外の点にピーク値が現れない場合には、オー
トフォーカス動作を停止して、ステージ２１をその初期
位置である点ａまで戻す。

【００７１】このように、本例では、ステージ２１を一
方向に移動させている場合に得られるコントラストカー
ブが単調減少カーブ、あるいは単調増加カーブであり、
走査範囲の開始位置と終了位置以外の点にピーク値が現
れない場合には、その方向にはフォーカスポイントが無
いものと判断してオートフォーカス動作を停止してい
る。特に、得えれるコントラストカーブが単調減少カー
ブの場合には、走査方向にフォーカスポイントが存在し
ないことは明らかである。したがって、本例によれば、
無駄なオートフォーカス動作を回避できる。

【００７２】また、このようなオートフォーカス停止動
作は、ステージ２１の移動方向が、顕微鏡２の対物レン
ズ２３に接近する方向の場合に特に有効である。すなわ
ち、図８の場合に、点ａから点ｂ１に向かう方向が対物
レンズ２３への接近方向であるとすると、このようなス
テージ２１の移動が継続されると、ステージ２１の試料
７が対物レンズ２３に衝突して、これらが破損するおそ
れがある。しかし、本例では、このような一方向へのス
テージ２１の移動に限界を設けてあるので、このような
弊害を回避できる。

【００７３】上記のオートフォーカス停止動作に加え
て、本例では、前述したように、密フォーカス動作によ
って得られるコントラストカーブにおいてその両端以外
の点にピーク値Ｐ２が現れないときも、オートフォーカ
ス動作を停止する。この時も、オートフォーカス動作が
停止した旨が表示ランプ４３（図１参照）によって操作
者に報知される。

【００７４】ここで、密フォーカス動作は、前述したよ
うに、これに先立って行なわれる粗フォーカス動作によ
ってコントランストカーブの両端以外の位置にピーク値
が現れた場合に実行される。したがって、一般には、密
フォーカス動作によって得られるコントラストカーブに
はその中央部分にピーク値が現れる。この密フォーカス
動作においてフォーカスポイントが検出された否かの判
定は次のように行なうこともできる。

【００７５】すなわち、図６（Ｂ）を参照して説明する
と、コントラストカーブ９７Ｃ２の最大値と最小値の差
Δ２が、予め定めた値Δ０を越える値である場合に、フ
ォーカスポイントが検出されたものと判断すればよい。

【００７６】（フォーカス動作表示機能）次に、本例の
オートフォーカス装置４により実行されるフォーカス動
作表示機能を纏めて説明する。オートフォーカス装置４
の前面には表示ランプが配列されている。これらのう
ち、表示ランプ群４３がフォーカス動作の状態を表示す
るためのランプ群である。本例では、図１から分かるよ
うに、フォーカスポイントが検出された場合に表示され
るランプ４３ａと、フォーカスポイントが検出されない
場合に表示されるランプ４３ｂを備えている。ランプ表
示の意味を知らせるために、ランプ４３ａの下側には、
適切なフォーカス動作が行なわれた旨を意味する「ＪＵ
ＳＴ」なる文字が印刷されている。また、ランプ４３ｂ
の下側には、適切なフォーカス動作が行なわれなかった
旨を意味する「ＯＵＴ」なる文字が印刷されている。

【００７７】図９には、コントラストカーブと、フォー
カス動作の適否との対応関係を示してある。この図にお
いて「ＪＵＳＴ」に対応するカーブが得られた場合には
ランプ４３ａが点灯する。「ＯＵＴ」に対応するカーブ
が得られた場合にはランプ４３ｂが点灯する。図９
（Ａ）に示すように、コントラストカーブにおいて両端
以外の点にピーク値が現われる場合にはフォーカスポイ
ントが検出されたものと判断される。換言すると、適切
なフォーカス動作が行なわれた旨の表示が行なわれる。

【００７８】しかし、図９（Ｂ）に示すように、両端以
外の点にピーク値が現れるコントラストカーブが得られ
ても、そのピーク値と最小値の差Δが一定の差を越える
値でないときには、フォーカスポイントが検出されなか
ったものと判断される。また、図９（Ｃ）、（Ｄ）に示
すように、得られたコントラストカーブが全体として単
調増加あるいは単調減少している場合にもフォーカスポ
イントが検出されなかったものと判断される。これら図
９（Ｂ）乃至（Ｄ）の場合にはフォーカス動作が不調に
終わった旨の表示が行なわれる。

【００７９】このように、本例のオートフォーカス装置
４では、その前面に配列したランプ４３（４３ａ、４３
ｂ）を用いて、フォーカス動作が適切に行なわれたか否
かを表示して操作者に報知している。したがって、操作
者は、ランプ表示から動作状態を直ちに理解できるので
便利である。特に、一般にモニター付きの金属顕微鏡と
異なり、本例のようなシステムでは、このような表示は
極めて有効である。

【００８０】勿論、報知形態は、ランプ等の視覚報知の
他に、ブザー等を駆動する聴覚報知方式を採用してもよ
い。この場合には、観察中の操作者がフォーカス動作の
状態をそのままの姿勢で分かるという利点がある。

【００８１】なお、本例のオートフォーカス装置４で
は、フォーカス動作の表示の他に、センサエラー表示も
行なうようになっている。図１に示すように装置４の前
面に配列したランプ４４はこのためにものである。ラン
プ４４は、何らかの原因で映像信号が途切れた場合、あ
るいは、ＣＣＤカメラ５１が装置４の本体側に接続され
ない場合に点灯して、その旨を操作者に知らせる。勿
論、この場合には、オートフォーカス起動スイッチ４２
を操作しても、オートフォーカス動作は起動されない。

【００８２】（照明レベル検出回路８３）次に、本例の
オートフォーカス装置４に備わっている照明レベル検出
回路８３について説明する。

【００８３】対象となる試料被写体７の濃度が相対的に
低い場合は、映像信号は図１０（Ａ）に示すようにな
る。資料濃度が相対的に高い場合は、映像信号は図１０
（Ｂ）のようになる。映像信号の平均レベルあるいはピ
ークレベルに基づき被写体の明るさレベルを検出した場
合、前者の場合には「ＯＫ」となってしまい、後者の場
合には「ＮＧ」となってしまう。

【００８４】すなわち、図１０（Ａ）に示すような場合
には、明るさレベルは高いものの、コントラストが十分
ではない。従って、明るさレベルを更に高める必要があ
る。これに対して、図１０（Ｂ）に示す場合は、コント
ラストが十分であるのに、「ＮＧ」と判断されてしま
う。

【００８５】このような弊害を回避するためには、図１
１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、映像信号のピークホー
ルド値にその高周波成分を加算したものを試料被写体７
の明るさレベルとみなし、この明るさが常に設定範囲内
となるように、照明光源２６の光量を調整すればよい。

【００８６】照明レベル検出回路８３は、例えば、図１
２に示すように構成できる。この図において、８３１は
クランプ回路、８３２は高周波成分検出回路、８３３は
ピークホールド回路、８３４は加算回路、８３５は比較
回路、４５は表示ランプ群である。ピークホールド回路
８３３は、ダイオードＤ、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１、
オペアンプＯＰ１を備えている。加算回路８３４は抵抗
Ｒ２乃至Ｒ４、コンデンサＣ２、オペアンプＯＰ２、抵
抗Ｒ５およびＲ６を備えている。比較回路８３５は、コ
ンパレータＣＯＭ１およびＣＯＭ２、抵抗ＶＲ１、ＶＲ
２、Ｒ７〜Ｒ１０を備えている。表示ランプ群４５は、
図１に示すように、「ＵＮＤＥＲ」、「ＧＯＯＤ」、
「ＯＶＥＲ」が印刷されあランプ４５ａ、４５ｂおよび
４５ｃを備えている。

【００８７】この構成の照明レベル検出回路８３では、
映像信号をクランプ回路８３１でクランプする。クラン
プした映像信号をピークホールド回路８３３に入力し
て、そのピークホールド出力を得る。また、高周波成分
検出回路８３２から映像信号の高周波成分を得て、加算
回路８３４において所定の比でピークホールド出力に加
算する。この加算出力（光検出レベル）を比較回路８３
５で、予め設定されている上限値および下限値と比較し
て、これらにより規定される範囲内であるか否かを判別
する。範囲内にあれば、ランプ４５ｂを点灯して、照明
レベルが適切である旨を表示する。しかるに、設定範囲
を上回っている場合、下回っている場合には、それぞ
れ、ランプ４５ａ、４５ｃを点灯して、その旨を表示す
る。

【００８８】照明レベルが不適切な場合には、オートフ
ォーカス機能は起動しない。使用者は、ランプ４５の表
示に基づき、照明光源２６の光量が適切であるか否かを
知ることができる。この表示に基づき、照明光源２６の
光量を手動調整すればよい。勿論、照明レベルの自動判
別結果に基づき、自動的に、照明光源２６の光量調整を
行なうようにしてもよい。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のオートフ
ォーカス装置では２段階オートフォーカス動作を行なう
機能を備えている。すなわち、広い走査範囲に渡って粗
いピッチで走査してコントラストを求めて、大凡のフォ
ーカスポイントを見つけ、次に、フォーカスポイントと
思われる点を含む狭い走査範囲内を細かいピッチで走査
してコントラストを求めている。したがって、始めから
広い走査範囲に渡って細かいピッチでコントラストを求
めてフォーカスポイントを見つける動作に比べて、短時
間で、しかも精度良くフォーカスポイントを見つけるこ
とができる。これに加えて、本発明では、密フォーカス
動作で得られたコントラストカーブに明確なピークが現
れた場合にのみその位置をフォーカスポイントとして採
用している。したがって、常に正確にフォーカスポイン
トを検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した顕微鏡写真撮影システムの全
体構成を示す構成図である。

【図２】図１のシステムの光学系および制御系を示す概
略ブロック図である。

【図３】図１のシステムの制御系を、ソフトウエアによ
り実現される機能ブロック群と共に示す概略ブロック図
である。

【図４】（Ａ）はコントラスト検出回路の概略ブロック
図、（Ｂ）乃至（Ｄ）はそのコントラスト検出処理を示
すための信号図である。

【図５】２段階フォーカス動作を示す説明図である。

【図６】オートフォーカス再スタート機能を示す説明図
である。

【図７】オートフォーカス再スタート機能の別の態様を
示す説明図である。

【図８】オートフォーカス停止機能を示す説明図であ
る。

【図９】コントラストカーブとフォーカス動作適否の関
係を示す説明図である。

【図１０】試料濃度の濃淡に起因した映像信号の信号レ
ベルの違いを示す説明図である。

【図１１】照明レベル検出回路の動作を示す説明図であ
る。

【図１２】照明レベル検出回路の回路例を示す回路図で
ある。

【図１３】コントラスト検出型のオートフォーカス装置
の動作を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 顕微鏡写真撮影システム ２ 光学顕微鏡 ２１ ステージ ２２ ステージ駆動機構 ２３ 対物レンズ ２６ 照明光源 ２７ フォーカスモータ ３ 写真撮影装置 ３１ フィルムカメラ ３３ フィルム ４ コントラスト検出型オートフォーカス装置 ４２ オートフォーカス起動スイッチ ４３ フォーカス動作の適否の表示ランプ群 ４４ センサエラー表示ランプ ４５ 照明レベル適否の表示ランプ群 ５１ ＣＣＤカメラ ７ 試料 ８ オートフォーカス装置の駆動制御回路 ８２ コントラスト検出回路 ８３ 照明レベル検出回路 ８４ ＣＰＵ ９１ 光学パラメータ指定部 ９２、９３ 制御パラメータ群 ９６ 粗フォーカス用コントラストメモリ ９７ 密フォーカス用コントラストメモリ ９６Ｃ、９６Ｃ１乃至９６Ｃ５ 粗フォーカス時のコ
ントラストカーブ ９７Ｃ、９７Ｃ１乃至９７Ｃ４ 密フォーカス時のコ
ントラストカーブ Ｐ１ 粗フォーカス動作によるコントラストのピーク値 Ｐ２ 密フォーカス動作によるコントラストのピーク値 Ｆ１ 粗フォーカス動作によるフォーカスポイント Ｆ２ 密フォーカス動作によるフォーカスポイント Ｗ１ 粗フォーカス動作の走査幅 Ｗ２ 密フォーカス動作の走査幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 一柳 寿壮 長野県諏訪市大字中洲4600番地 日新工機 株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レンズ光学系を介して被写体の光像が入
   力される撮像素子と、前記レンズ光学系を走査すること
   により前記撮像素子を介して時系列的に入力される被写
   体の映像信号に含まれる高周波数成分から各映像信号の
   コントラスト値を検出するコントラスト検出回路と、当
   該コントラスト検出回路によりコントラスト値のピーク
   値が検出された時点をフォーカスポイントであると判別
   してオートフォーカス動作を行うオートフォーカス装置
   において、 第１の移動ピッチで第１の走査幅の範囲に渡って前記レ
   ンズ光学系を走査することにより映像信号のコントラス
   ト検出を行なう粗フォーカス動作と、前記第１の移動ピ
   ッチよりも小さな第２の移動ピッチで前記粗フォーカス
   動作によって得られたコントラストのピーク値を含む第
   ２の走査幅の範囲に渡って映像信号のコントラスト検出
   を行なう密フォーカス動作とを行うようになっており、 前記密フォーカス動作によって得られた映像信号のコン
   トラストカーブのピーク値と最小値の差が予め設定した
   値を越える場合には、当該コントラストカーブのピーク
   値が検出された時点をフォーカスポイントであると判別
   するようになっていることを特徴とするオートフォーカ
   ス装置。