JPS5860710A - Focusing device for optical system - Google Patents

Focusing device for optical system

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JPS5860710A
JPS5860710A JP15972081A JP15972081A JPS5860710A JP S5860710 A JPS5860710 A JP S5860710A JP 15972081 A JP15972081 A JP 15972081A JP 15972081 A JP15972081 A JP 15972081A JP S5860710 A JPS5860710 A JP S5860710A
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JP
Japan
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image
optical system
light
focus
circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP15972081A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Horikawa
嘉明 堀川
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5860710A publication Critical patent/JPS5860710A/en
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/34Systems for automatic generation of focusing signals using different areas in a pupil plane

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Abstract

PURPOSE:To detect the out-of-focus with a high precision, by converting the first image, which is formed by a luminous flux passing through a certain region in or near a pupil, and the second image, which is formed by a luminous flux passing through a different region, in a photoelectric converting device. CONSTITUTION:An optical system is provided with a focusing lens 1, a light shielding plate 2, an image sensor 3, etc. When the optical system is focused, an image Q is formed on the focus plane, namely, the image sensor 3, and images Q and Q' which are formed when an aperture 2a is in an upper position and a lower position respectively are in the same position in the direction vertical to an optical axis O; but when the optical system is not focused, an image Q1 or Q2 is formed in a position other than the focus plane. In this case, the optical system is so constituted that the light intensity distribution of the image is converted to an photoelectric signal corresponding to the quantity of light received by the image sensor 3, and thus, the optical system is focused with a high precision.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明1ハ、顕微鏡等の光学系の瞳或は瞳の近傍におい
て通過する光束の一部を時間的又は空間的に分割して合
焦時以外では分割された二つの光束による像が光軸と垂
直な方向にずれることを利用してピントずれを検出する
ようにした方式のピント合わせ装置に関するものである
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention 1c is a method that temporally or spatially splits a part of the light flux passing through the pupil of an optical system such as a microscope or the vicinity of the pupil, and splits it into two parts except when in focus. The present invention relates to a focusing device that detects out-of-focus by utilizing the fact that images produced by two light beams are shifted in a direction perpendicular to the optical axis.

この種方式の従来のピント合わせ装置としては、例えば
特公昭56−13929号公報に記載されたものがある
が、これは像の横ずれ自体を検出するという発想からな
るものではなく、像が横ずれを起こす結果としである一
点での観測光量が変化し、そのもう一方の共役点での観
測光量と等しくなった時に合焦状態になったと判定する
発想からなるものであったため像全体の情報を有効に使
えず、合焦の感度が悪く、誤動作も起こり易いという問
題があった。又、従来の被写体像のコントラストを光電
的に検出する方式のものと同様にそのピーク値のみを検
出するものであったため、前ピンか後ビンかの判別がつ
かず、ピント外れの量も検出出来ないという問題があっ
た。更に、光の分割にノ々ラツキがあると、二つの像の
光量が違ってしまうので誤った合焦を行ってしまうとい
う問題があった。
As a conventional focusing device of this type, there is one described in Japanese Patent Publication No. 56-13929, for example, but this is not based on the idea of detecting the lateral deviation of the image itself, but rather The idea was that the observed light intensity at one point changes as a result of this, and when it becomes equal to the observed light intensity at the other conjugate point, it is determined that the state is in focus, so the information of the entire image is valid. There were problems in that it could not be used for many purposes, had poor focusing sensitivity, and was prone to malfunctions. Also, like conventional methods that photoelectrically detect the contrast of the subject image, only the peak value is detected, so it is not possible to distinguish between front and rear focus, and the amount of out-of-focus is also detected. The problem was that it couldn't be done. Furthermore, if there is unevenness in the division of light, the light amounts of the two images will be different, resulting in the problem of incorrect focusing.

本発明は、上記問題点に鑑み、瞳又はその近傍(でおけ
るある領域を通過した光束により形成される第一の像と
異なる領域を通過した光束により形成される第二の像を
夫々光電変換装置の受光面で受光して夫々の光強度分布
を光電信号に変換し、その光電信号を所定の評価函数に
従って演算処理して上記受光面上における上記二つの像
の相対位置関係を検出することによりピント外れの方向
及び量を高精度で検出し得るようにしたピント合わせ装
置を提供せんとするものであるが、以下図示した一実施
例に基づきこれを説明すれば、第1図は本ピント合わせ
装置の基本光学系を示しており、1は結像レンズ、2は
レンズ1の前の瞳又はその近傍に光軸0を中心として回
転可能に配置され且つ瞳の内側に位置する開口2aが設
けられた遮光板、3はピント位置に設けられた固体撮像
素子等のイメージセンサ−であって、合焦時には、像Q
がピント面即ちイメージセンサ−3上に形成され、而も
(a)に示す如く開口2aが上方に位置する場合と(b
)に示す如く開口2aが下方に位置する場合とでは光軸
0に対して垂直な方向において全く同じ位置に像Q、Q
’が形成されるが、非合焦時即ち前ピン又は後ピンの時
には、像Q1又はQ2がピント面以外の位置に形成され
るのでイメージセンサ−3上において像Qに対して光軸
0と垂直な方向に夫々反対側にずれた位置にゼケた像が
形成され、而も(a)の場合と(b)の場合とではQ1
→Q+’父はQ2→Q2’のように像位置が移動する。
In view of the above-mentioned problems, the present invention provides photoelectric conversion of a first image formed by a light beam that has passed through a certain area in or near the pupil and a second image formed by a light beam that has passed through a different area. Receive light on the light receiving surface of the device, converting each light intensity distribution into a photoelectric signal, and calculating the photoelectric signal according to a predetermined evaluation function to detect the relative positional relationship of the two images on the light receiving surface. The purpose of this invention is to provide a focusing device that can detect the direction and amount of out-of-focus with high precision.This will be explained based on an example shown below. The basic optical system of the alignment device is shown. 1 is an imaging lens, and 2 is an aperture 2a that is rotatably arranged around the optical axis 0 at or near the pupil in front of the lens 1 and located inside the pupil. The provided light-shielding plate 3 is an image sensor such as a solid-state image sensor provided at the focus position, and when focusing, the image Q
is formed on the focus plane, that is, the image sensor 3, and the aperture 2a is located above as shown in (a), and (b).
), the images Q and Q are located at exactly the same position in the direction perpendicular to the optical axis 0 as in the case where the aperture 2a is located downward.
' is formed, but when the image is out of focus, that is, when the front focus or the back focus, the image Q1 or Q2 is formed at a position other than the focus plane, so the optical axis is 0 with respect to the image Q on the image sensor 3. Zipped images are formed at positions shifted to opposite sides in the vertical direction, and in case (a) and case (b), Q1
→Q+'Father's image position moves as in Q2→Q2'.

従って、遮光板2を回転させても像位置が移動しないよ
うに調整すれば、レンズ1のピント合わせが正しく行わ
れる。又、前ピン及び後ピンの場合の像Q1及びQ2の
夫々の移動方向が異っているのでそれを検出すれば前ピ
ンか後ピンかの判別が可能であるし、又像Q、又はQ2
のずれの量からピントのずれの量が計算出来るので、−
回の作業でピント合わせを行うことが可能である。
Therefore, by adjusting the image position so that it does not move even when the light shielding plate 2 is rotated, the lens 1 can be focused correctly. In addition, since the moving directions of images Q1 and Q2 are different in the case of front focus and rear focus, if this is detected, it is possible to determine whether the images are front focus or rear focus.
Since the amount of focus shift can be calculated from the amount of shift in -
It is possible to adjust the focus in just one step.

第2図は本ピント合わせ装置の電気回路のブロック図を
示しており、2′は第3図に示した如くその中心軸2’
aが光軸Oと平行であり且っ該軸2’aのまわりに回転
し得ると共に瞳4の中心即ち光軸0と一致する半径Rの
円周から伐る分割線2’bを境てしてその内側部分及び
外側部分が回転角90゜毎に交互に透明に形成された遮
光板であって、第1図に示した遮光板2と同じ機能を有
している。
FIG. 2 shows a block diagram of the electric circuit of this focusing device, and 2' is the central axis 2' as shown in FIG.
A is parallel to the optical axis O, can rotate around the axis 2'a, and is bounded by a dividing line 2'b cut from the circumference of a radius R that coincides with the center of the pupil 4, that is, the optical axis 0. It is a light-shielding plate whose inner and outer parts are formed transparent alternately at every rotation angle of 90 degrees, and has the same function as the light-shielding plate 2 shown in FIG.

3は例えば512ビツトのイメージセンサ−15はサン
プルホールド回路、6はアナログ−デジタル変換回路で
ある。7は切換器、8及び9はメモリ、10はシフトレ
ジスタ、11はシフト値設定回路、12は減算器、13
は絶対値回路、14はメモリ、15は加算回路、16は
メモリ、17は中央処理装置であって、これらが中央演
算回路を構成している。18は表示装置、19はレンズ
駆動回路、20はレンズ駆動装置である。21は光源、
22は遮光板2′に対して光源21と反対側に配置され
た受光素子、23は遮光板回転検出回路、24はスター
トノξルス発生回路、25はカウンター、26はイメー
ジセンサ−駆動回路、27はマスタクロック、28はカ
ウンター、29はゲート、30はゲート制御回路であっ
て、これらが画像情報処理回路を構成している。
For example, 3 is a 512-bit image sensor, 15 is a sample and hold circuit, and 6 is an analog-to-digital conversion circuit. 7 is a switch, 8 and 9 are memories, 10 is a shift register, 11 is a shift value setting circuit, 12 is a subtracter, 13
14 is an absolute value circuit, 14 is a memory, 15 is an addition circuit, 16 is a memory, and 17 is a central processing unit, which constitute a central processing circuit. 18 is a display device, 19 is a lens drive circuit, and 20 is a lens drive device. 21 is a light source,
22 is a light receiving element arranged on the opposite side of the light source 21 with respect to the light shielding plate 2'; 23 is a light shielding plate rotation detection circuit; 24 is a start nozzle generating circuit; 25 is a counter; 26 is an image sensor drive circuit; 27 is a master clock, 28 is a counter, 29 is a gate, and 30 is a gate control circuit, which constitute an image information processing circuit.

本発明によるピント合わせ装置は上述の如く構成されて
いるから、まず中央演算回路を中心とする作用について
述べれば、第一の状態即ち光束が遮光板2′の透明部A
(第3図参照)を通過する状態においてその光束により
形成さ扛る像をイメージセンサ−3で受光すると像の光
強度分布がそれに応じた光電信号に変換される。この光
電信号はサンプルホールド回路5でホールドさnた後ア
ナログ−デジタル変換回路6・でデジタル信号に変換さ
れ、切換器7を介してメモリ8に格納さ汎る。
Since the focusing device according to the present invention is constructed as described above, first we will discuss the operation centered on the central processing circuit.
(See FIG. 3) When the image sensor 3 receives an image formed by the light beam passing through the light beam, the light intensity distribution of the image is converted into a photoelectric signal corresponding to the image. This photoelectric signal is held in a sample and hold circuit 5, then converted into a digital signal in an analog-to-digital conversion circuit 6, and stored in a memory 8 via a switch 7.

ここで、メモリ8は8−3.・・−・・・・・、 8−
512までの512ケのメモリを総称するものである。
Here, the memory 8 is 8-3.・・・-・・・・・・、8−
This is a general term for 512 memories up to 512.

即ち本例ではイメージセンサ−3による光電出力が51
2ケ得られるので、これらを遂次アナログ−デジタル変
換して順次メモリ8−7.・・・・・・・・・、 8−
512に夫、?’A(1)、・・・・・・・・・、fA
(512)として格納するわけである。尚、遂次アナロ
グ−デジタル変換せずに、光電信号を並列的に一度にア
ナログ−デジタル変換するようにしても良い。
That is, in this example, the photoelectric output from the image sensor 3 is 51
Since two data are obtained, these are sequentially converted from analog to digital and sequentially stored in memory 8-7. ......, 8-
Husband at 512? 'A(1), ・・・・・・・・・, fA
(512). Note that the photoelectric signals may be analog-to-digital converted in parallel without successive analog-to-digital conversion.

次に、遮光板2′を回転させて第二の状態即ち光束が遮
光板2′の透明部B(第3図参照)を通過する状態に移
し、その光束により形成される像の光強度分布を上記と
同様にイメージセンサ−3,サンプルホールド回路5.
アナログ−デジタル変換回路6及び切換器7を介して記
憶させるが、この時切換器7をメモリ9側に切換えてお
き、アナログデジタル変換さnた光電信号は−メモリ9
−+v・・・−+ 9−512にfB(1)、・・・・
・・・・・fB(512)として格納される。この時、
記憶された像の光強度分布は例えば第4図(a)に示し
た如くになり、AとBの場合の光強度分布がずれている
ことから、合焦時でないことがわかる。
Next, the light shielding plate 2' is rotated to a second state, that is, a state in which the light flux passes through the transparent part B of the light shielding plate 2' (see Figure 3), and the light intensity distribution of the image formed by the light flux is determined. Image sensor 3, sample hold circuit 5.
The analog-to-digital conversion circuit 6 and the switch 7 are used to store the signal. At this time, the switch 7 is switched to the memory 9 side, and the analog-to-digital converted photoelectric signal is stored in the memory 9.
-+v...-+ fB(1) at 9-512,...
...Stored as fB (512). At this time,
The light intensity distribution of the stored image is as shown in FIG. 4(a), for example, and since the light intensity distributions in cases A and B are shifted, it can be seen that the image is not in focus.

次に、AとBの場合の像、のずれ量を相関を用いて計算
するが、例えば512ビツトの内の128ビツト(第4
図(b))に注目してAとBの場合の像のfA(n)と
fB(n)の相関を計算する。例えばAの場合の像を1
91〜319ビツトに固定し、Bの場合の像を128〜
25.5,129〜256゜130〜257.・・・・
・・・・・、255〜382,256〜383ビツトと
ずらしながら相関を計算すると、相関の値がピークにな
った時のBの場合の像のずらし量からピントの外れ量及
び方向がわかる。計算式の具体例としては、第4図(b
)に則すると、R(δ)−Σ fA(X)fB(X+δ
)・・・・・・・・ (1)−192 あるいは R(δ)=ゼABS(fA(X)−fB(X+δ))・
・・・・(2)X== I 02 などが考えられる。但し、δ=−64からδ−64まで
計算し、ABSは絶対値である。そして、R(δ)がピ
ーク(式(1)の場合は最大値、式(2)場合は最小値
)をとるδ′が像のずれ量となる(第4図(C))。
Next, the amount of deviation between images A and B is calculated using correlation. For example, 128 bits (4th
Paying attention to Figure (b)), calculate the correlation between fA(n) and fB(n) of the images in the case of A and B. For example, the image in case of A is 1
It is fixed at 91 to 319 bits, and the image in case of B is set to 128 to 319 bits.
25.5, 129~256°130~257.・・・・・・
..., 255 to 382, 256 to 383 bits when the correlation is calculated, the amount and direction of out-of-focus can be determined from the amount of image shift in case B when the correlation value reaches its peak. A specific example of the calculation formula is shown in Figure 4 (b
), R(δ)−Σ fA(X)fB(X+δ
)・・・・・・・・・ (1)-192 Or R(δ)=zeABS(fA(X)-fB(X+δ))・
...(2)X==I 02 etc. can be considered. However, calculations are made from δ=-64 to δ-64, and ABS is an absolute value. Then, δ' at which R(δ) has a peak (the maximum value in the case of equation (1) and the minimum value in the case of equation (2)) becomes the image shift amount (FIG. 4(C)).

これを中央演算回路に基づき上記式(2)を用いる場合
を例として詳細に説明すれば、まず中央処理装置17か
ら番地指定信号を発してX=192番地即ちメモ’17
8−192に格納されたデータを減算器12に取込む。
To explain this in detail using the above equation (2) based on the central processing circuit as an example, first, the central processing unit 17 issues an address designation signal and the address X=192, that is, the memo '17
The data stored in 8-192 is taken into the subtracter 12.

一方、この番地指定信号はシフトレジスタ10にも入力
され、ここでシフト値設定回路11により予め定められ
た値δ(ここでは=64)だけシフトされてメモリ9の
番地を指定すZo、従って、メモ’) 964の内容が
減算器12に取り込まれる。?!t1.算器12では両
方のデータの差つまりfA(129)−fB(64)が
計算される。この値は6′色対値回路13に送られて絶
対値に変換された上でメモリ14に格納される。そして
、格納されたという信号が中央処理装置17に入力され
ると、これに基づいて中央処理装置17はメモリ8,9
の番地指定信号をずらし、X=193に対応するl f
A<X>−fB<X+δ)1を上記と同様に計算してメ
モリ14に格納する。以下同様にX=319まで繰り返
してメモリ14に格納する。そして、この時点でメモリ
14の内容を全て加算回路15に取り込んでR(−64
)=、5,2ABS(fA(X)−fB(X−64))
を計算し、メモリ’t6+ に格納しておく。次いで、
中央処理装置17からの指令によりδは−63に設定し
、再びX=192〜319までXを変化させて上記と同
様にしてR(−63)を計算し、メモリ16−2に格納
しておく。以下同様にしてn、(64)iで順次計算し
てメモリ16に格納する。
On the other hand, this address designation signal is also input to the shift register 10, where it is shifted by a predetermined value δ (in this case = 64) by the shift value setting circuit 11 to designate the address of the memory 9. Therefore, The contents of the memo ') 964 are taken into the subtractor 12. ? ! t1. The calculator 12 calculates the difference between both data, that is, fA(129)-fB(64). This value is sent to the 6' color pair value circuit 13, converted into an absolute value, and then stored in the memory 14. Then, when a signal indicating that the data has been stored is input to the central processing unit 17, the central processing unit 17 uses the memories 8 and 9 based on this signal.
Shift the address designation signal of l f corresponding to X=193
A<X>-fB<X+δ)1 is calculated in the same manner as above and stored in the memory 14. Thereafter, the data is stored in the memory 14 repeatedly until X=319. At this point, all the contents of the memory 14 are taken into the adder circuit 15 and R(-64
)=,5,2ABS(fA(X)-fB(X-64))
is calculated and stored in memory 't6+. Then,
Based on a command from the central processing unit 17, δ is set to -63, X is changed again from X=192 to 319, R(-63) is calculated in the same manner as above, and it is stored in the memory 16-2. put. Thereafter, in the same manner, n and (64)i are sequentially calculated and stored in the memory 16.

以上が終了したところで/モIJ16.〜16.2゜の
内容つまりR(−64)〜R(64)を中央処理装置1
7に取り込んで比較し、最小値R(δ。)を検出すれば
、第一の状態と第二の状態における像のずれがδ。であ
ることがわかる。従って、第4図(c)に示した如く、
とのδ。の大きさによってずれ量がまた符号によって像
のずれ方向(正規の焦点位置に対して前にずれているか
後にずれているか)が判別出来るので、これらの信号を
レンズ駆動回路19に入力せしめてレンズ、駆動装置2
0によりレンズ1を駆動すれば、自動焦点合わせを行う
ことが出来る。又、上記信号を表示装置18で表示し、
その表示に基づいて手動でピント合わせを行って良いこ
とは勿論である。尚、上記δはイメージセンサ−3の中
の個々のビットに対応するものであり整数であるが、R
(δ)が計算されているので、適当なカーブフィッティ
ング等を行うことにより、より細かくδの値を得ること
が出来る(第4図(d))。即ち、イメージセンサ−の
ピッチ間隔よりも細かく像のずれを検出することが出来
る。
Once the above has been completed/MoIJ16. The contents of ~16.2°, that is, R(-64) ~ R(64) are processed by the central processing unit 1.
7 and compare, and if the minimum value R(δ.) is detected, the image shift between the first state and the second state is δ. It can be seen that it is. Therefore, as shown in Figure 4(c),
and δ. The magnitude of the shift can be used to determine the amount of shift, and the sign can be used to determine the direction of the image shift (whether the image is shifted forward or backward relative to the normal focal position).These signals are input to the lens drive circuit 19 and the lens , drive device 2
If the lens 1 is driven by 0, automatic focusing can be performed. Further, the signal is displayed on the display device 18,
Of course, it is also possible to manually adjust the focus based on the display. Note that the above δ corresponds to each bit in the image sensor 3 and is an integer, but R
(δ) has been calculated, it is possible to obtain a more precise value of δ by performing appropriate curve fitting or the like (FIG. 4(d)). That is, it is possible to detect image shifts finer than the pitch interval of the image sensor.

次に、イメージセンサ−3で撮像された画像のうち不必
要な画像即ち上記第−及び第二の状態のいずれか一方か
ら他方へ移り替る際に生じる重なり像(これは画像撮影
に一定の蓄積時間が存在することに起因している。)を
自動的に取り除く原理((ついて画像情報処理回路に基
づき説明すれば、第5゛図はタイムチャートであって、
その(、a、 )は画像の変化を示している。まず、遮
光板2Iの回転により受光素子22の受ける光量は時間
とともに第5図(b)の如く変化する。この受光素子2
2の出力に基づいて遮光板回転検出回路23は、第5図
(c)、(d)に示した如く、明暗が変化する度毎に発
生するパルスIと暗から明への変化の度毎に発生するノ
ξルスHの二種類の・ξルスを作る。
Next, among the images captured by the image sensor 3, unnecessary images, that is, overlapping images that occur when transitioning from one of the above-mentioned first and second states to the other (this is caused by a certain amount of accumulation during image capture) This is due to the existence of time.The principle of automatically removing ((This is caused by the existence of time) is explained based on the image information processing circuit. Fig. 5 is a time chart, and
The (,a,) indicates a change in the image. First, as the light shielding plate 2I rotates, the amount of light received by the light receiving element 22 changes over time as shown in FIG. 5(b). This light receiving element 2
Based on the output of 2, the light-shielding plate rotation detection circuit 23 detects the pulse I generated every time the brightness changes and the pulse I generated every time the darkness changes, as shown in FIGS. 5(c) and 5(d). Create two types of ξruses of ξruses H that occur in .

次に、パルスIはスタートノぐルス発生回路24とカウ
ンター25に同時に入力される。すると、スタートノξ
ルス発生回路24はこのノξルス■の入力により第5図
(e)に示した如きスタートノξルスを発生し、これを
イメージセンサ−駆動回路26に入力する。この信号に
基づいて、駆動回路26はマスタクロック27で発生さ
れたクロックパルス(第5図(f))に従ってイメージ
センサ−3を駆動して該イメージセンサ−3に蓄積され
ている光電出力を順次読み出しサンプルホールド回路5
に転送するが、このサンプルホールド回路5は後述する
サンプルホールド・ぐルス(第5図(g))が入力され
た時だけ転送されてきたデータをホフルドし、他の場合
はホールドせずに捨ててしまう。
Next, the pulse I is input to the start nozzle generating circuit 24 and the counter 25 at the same time. Then, the start value ξ
The pulse generating circuit 24 generates a start pulse ξ as shown in FIG. Based on this signal, the drive circuit 26 drives the image sensor 3 according to the clock pulse (FIG. 5(f)) generated by the master clock 27, and sequentially outputs the photoelectric output stored in the image sensor 3. Read sample hold circuit 5
However, this sample-and-hold circuit 5 holds the transferred data only when the sample-and-hold signal (Fig. 5 (g)), which will be described later, is input, and otherwise discards it without holding it. I end up.

従って、この時サンプルホールド・ξルスが入力され々
いのでこのデンタはホールドされないが、これは第一の
状態から第二の状態に変化した時に蓄積した光電信号で
あって不要のものである。一方、ノぐルスIの入力によ
りカウンター25はマスタクロック27のクロックパル
スを所定の画像蓄積時間分だけ数え、マスタクロックツ
ξルスが所定の数(本例では少なくとも512ケである
。)に達した時に信号を出す。この信号はスタートパル
ス発生回路24とカウンター28に同時に入力される。
Therefore, since the sample and hold ξ pulse is input at this time, this denta is not held, but this is an unnecessary photoelectric signal accumulated when changing from the first state to the second state. On the other hand, the counter 25 counts the clock pulses of the master clock 27 for a predetermined image accumulation time due to the input of the noggles I, and the master clock pulse ξ reaches a predetermined number (at least 512 in this example). Give a signal when This signal is simultaneously input to the start pulse generating circuit 24 and the counter 28.

スタートノξルス発生回路24は検出回路23からの信
号を受けた時と同様に動作するから、以後は上述のよう
にしてイメージセンサ−3がらのデータが順次サンプル
ホールド回路5に転送される。
Since the start noise generating circuit 24 operates in the same manner as when receiving the signal from the detection circuit 23, data from the image sensor 3 is sequentially transferred to the sample hold circuit 5 as described above.

一方、カウンター28は上記カウンター25がらの信号
によりマスタクロックツξルスのカウントを開始し、カ
ウント毎にサンプルホールド回路5ヘサンプルホールド
ノぐルスを送る。このサンプルホールド・ξルスの供給
とイメージセンサ−3がらのデータの供給のタイミング
は丁度一致しているから、イメージセンサ−3からのデ
ータは全てサンプルホールド回路5にホールドされる。
On the other hand, the counter 28 starts counting the master clock signal ξ based on the signal from the counter 25, and sends the sample and hold signal to the sample and hold circuit 5 at every count. Since the timing of supplying this sample and hold ξ pulse and the supply of data from the image sensor 3 exactly match, all data from the image sensor 3 is held in the sample and hold circuit 5.

このカウンター28のカウント数はイメージセンサ−3
の画素数と同じであり、本実施例では512ケである。
The count number of this counter 28 is the image sensor 3
The number of pixels is the same as the number of pixels, which is 512 in this embodiment.

サンプルホールド回路5でホールドされたデータはアナ
ログ−デジタル変換回路6でデジタル信号に変換され、
上述した原理により中央処理装置17に取り込まれて後
の処理に用いられる。次に、検出回路23からノξルス
■が出ると再びスタートパルス発生回路24が動作し、
以下上記と同様にしてデータが中央処理装置17に取り
込まれる。以上のことから明らかなように、検出回路2
3が動作した直後に得られるデータは捨ててし寸い、そ
の次に得られるデータをボールドする構成となっている
。従って、検出回路23が動作した直後にイメージセン
サ−3がら得られる光電用カ即ち遮光板2′の透明部が
AからBまたばBがらAに変化した時に蓄積された画像
信号は二つの像が混在しているものであってこれは合焦
検出に不適当なものであるから捨てられ、これに対しパ
ルスIが出た時に画像蓄積を開始しカウンター25で計
測した所定時間後に蓄積を終了した画像信号は込の状態
又はBの状態のいずれが一方だけの画像信号であってこ
れは合焦検出に適したものであるから捨てないで取って
おく。かくして、必要な画像情報のみを取っておくこと
が出来る。
The data held by the sample hold circuit 5 is converted into a digital signal by the analog-to-digital conversion circuit 6.
Based on the principle described above, the data is taken into the central processing unit 17 and used for later processing. Next, when a pulse ξ is output from the detection circuit 23, the start pulse generation circuit 24 operates again.
Thereafter, data is taken into the central processing unit 17 in the same manner as described above. As is clear from the above, the detection circuit 2
The data obtained immediately after operation 3 is discarded, and the data obtained next is bolded. Therefore, the image signal accumulated when the photoelectric force obtained from the image sensor 3, that is, the transparent part of the light-shielding plate 2' changes from A to B or from B to A immediately after the detection circuit 23 operates, is divided into two images. This is inappropriate for focus detection and is discarded.In contrast, image accumulation starts when pulse I is generated and ends after a predetermined time measured by counter 25. The resulting image signal is an image signal that has only one of the state B and the state B, and is suitable for focus detection, so it is saved and not discarded. In this way, only necessary image information can be saved.

尚、本実施例では合焦検出ということでAとBの状態の
情報がベアで入って来ないと合焦検出が出来ない(像の
ずれを検出するには二つの像の情報が必要である。)。
Note that in this embodiment, focus detection cannot be performed unless information on the states of A and B is received bare (information on two images is required to detect image deviation). be.).

又、中央処理装置17には画像情報を必要としない時に
まで自動的に画像情報が送り込捷れて来るようでは困る
のでそうならないようにしなければなら々い。そのため
に上記ノξルス■を用いる。即ち、ゲート制御回路30
に中央処理装置17からの読み込み信号が入力され後に
検出装置23からノξルス■が入力されると、出力を出
してゲート29をONにしその状態を保持する。従って
、この状態ではスタートノクルスの発生とサンプルホー
ルドパルスの発生までの動作が上記の通り行われ、B、
A、B、A・・・・・・の順に画像情報が中央処理装置
17に次々と送り込まれて来る。一方、中央処理装置1
7で画像情報が不要になった時は中央処理装置17から
ゲート制御回路30に信号を送ると、ゲート制御回路3
0はノξルス■が入力した時にゲート29をOFFにし
その状態を保持する。従って、この状態ではサンプルホ
ールドパルス はサンプルホールド回路5へ送り出され
ないから、中央処理装置17にはデータは何も入って来
なくなる。以上のようにすれば、B、A、・・・・・・
、B、Aの頭で必ず画像情報の入力が終り、中央処理装
置17には常にBとAの場合の画像情報が順次に同数だ
け入ってくるから、BとAの状態の画像情報をペアとし
て用いることにより合焦検出が可能となる。
Furthermore, it would be a problem if image information were automatically sent to the central processing unit 17 even when it is not needed, so it is necessary to prevent this from happening. For this purpose, the above-mentioned norm ξ is used. That is, the gate control circuit 30
When the read signal from the central processing unit 17 is inputted to the input signal ξ, and later the signal ξ is inputted from the detection device 23, an output is output and the gate 29 is turned on to maintain that state. Therefore, in this state, the operations from the generation of the start noculus to the generation of the sample hold pulse are performed as described above, and B.
Image information is sent to the central processing unit 17 one after another in the order of A, B, A, . . . . On the other hand, central processing unit 1
7, when the image information is no longer needed, the central processing unit 17 sends a signal to the gate control circuit 30, and the gate control circuit 3
0 turns off the gate 29 and maintains that state when the signal ξ is input. Therefore, in this state, no sample-and-hold pulse is sent to the sample-and-hold circuit 5, so no data enters the central processing unit 17. If you do the above, B, A, etc.
, B, and A, and the central processing unit 17 always receives the same number of image information for B and A in sequence, so the image information for B and A is paired. By using it as a lens, focus detection becomes possible.

第6図は第1図に示した光学系とは若干違った光学系を
示しており、31は瞳の近傍に設けられていて第1図の
遮光板2に相当する役割を果たすプリズムであって、こ
れによれば体来ならば■)の装置に形成される合焦時の
像が位置P1及びP2に形成され、又非合焦時には位置
p、 / 、 p2/  あるいは位置p、l/ 、 
p、#に像が形成される。これを合焦時の位置p、、p
、の像の光軸0. 、02を規準にして考えれば、位置
P、l、P2Iあるいは位置p、II 、 p2#は夫
々光軸01゜02と垂直な方向に横ずれしていることが
わかる。
FIG. 6 shows an optical system that is slightly different from the optical system shown in FIG. 1, and 31 is a prism that is provided near the pupil and plays a role corresponding to the light shielding plate 2 in FIG. According to this, the images formed in the device (2) when in focus are formed at positions P1 and P2, and when out of focus, the images are formed at positions p, /, p2/ or positions p, l/. ,
Images are formed on p and #. This is the position p when in focus, p
The optical axis of the image of 0. , 02 as a standard, it can be seen that the positions P, l, P2I or the positions p, II, p2# are laterally shifted in the direction perpendicular to the optical axis 01°02, respectively.

即ち、原理的には第1図の光学系と同じであって、第1
図の方式が時分割で像のずれを振動として観測している
のに対し、第6図の方式は空間分割で二ケ所で合焦を観
測していると考えれば良い。第6図の方式でも像の位置
p、、 p2が近ければ、−個のイメージセンサ−で二
つの像を撮像出来るが、位置P、に形成さnた像の周辺
が位置P2の像と重なる恐れがあるので、視野絞りを設
けて予め視野が屯ならないように絞っておくと良い。尚
、時間分割方式と空間分割方式とを比較すれば、時間分
割方式が同じ場所に像が形成されるので像が重なった場
合を合焦とすることにより合焦、非合焦の判断の基準を
決定し易いという長所がある反面回転する遮光板等機械
的に動く機構が必要であるという妬所があり、空間分割
方式の場合は機械的に動くニス構が必要でないという長
所がある反面同じ場所(lと像が出来ないので合焦、非
合焦の判断の基準を決定するのが難しいという短所があ
る。
That is, the principle is the same as the optical system shown in FIG.
While the method shown in the figure observes the image shift as vibration in a time-division manner, the method shown in FIG. 6 can be thought of as a space-division method in which focusing is observed at two locations. Even with the method shown in Fig. 6, if the image positions p,, p2 are close, two images can be taken with - image sensors, but the periphery of the image formed at position P overlaps with the image at position P2. Therefore, it is a good idea to set up a field diaphragm and narrow down the field of view in advance so that it does not become too narrow. If you compare the time-division method and the space-division method, the time-division method forms images in the same place, so the point where the images overlap is considered to be in focus, and the criterion for determining in-focus or out-of-focus is Although it has the advantage of being easy to determine, it also has the disadvantage of requiring a mechanically moving mechanism such as a rotating light-shielding plate, whereas the space division method has the advantage of not requiring a mechanically moving varnish structure, but has the same disadvantage. The disadvantage is that it is difficult to determine the criteria for determining in-focus and out-of-focus conditions because the location (l) and image cannot be formed.

第7図は本ピント合わせ装置を用いた顕微鏡写真装置の
光学系を示しており、41は光源、42はコレクターレ
ンズ、43は光学系の瞳位置S。に置かれた照明系の開
口絞り、44はコンデンサーレンズ、45は標本、46
は対物レンズ、47は接眼レンズ、48はビームスプリ
ッタ−149はフィルム面、50はリレーレンズ、51
は焦点鏡、52はビューア−であって、その各瞳位置S
。、S。
FIG. 7 shows an optical system of a microphotograph apparatus using this focusing device, where 41 is a light source, 42 is a collector lens, and 43 is a pupil position S of the optical system. 44 is a condenser lens, 45 is a specimen, 46 is an aperture stop of the illumination system placed in
is an objective lens, 47 is an eyepiece lens, 48 is a beam splitter, 149 is a film surface, 50 is a relay lens, 51
52 is a focusing mirror, 52 is a viewer, and each pupil position S
. ,S.

、S2のいずれかの場所の近傍に第3図に示す遮光板2
′が配置されている。
, S2, a light shielding plate 2 shown in FIG.
' is placed.

尚、上記の画像情報処理回路は、ピント合わせに限らず
色々な応用が出来る。例えば、撮像素子を用いて二光束
により分光測光等を行う場合において、チョツノξ−等
を用いて標準光束と試料光束とを交互入力する際の不必
要な情報を除去する場合にも用いることが出来る。又、
映画フィルムをVTRにとり彦おす場合にも用いること
が出来る。
Note that the above-mentioned image information processing circuit can be applied not only to focusing but also to various other applications. For example, when performing spectrophotometry with two beams using an image sensor, it can also be used to remove unnecessary information when the standard beam and sample beam are input alternately using Chotsuno ξ-, etc. I can do it. or,
It can also be used when transferring movie film to a VTR.

即ち、映画フィルムは絵と絵との間に黒い仕切りがあり
、これによるデータは一つの画面から他の画面へ移る際
に得られる不要なデータとして捨ててしまうことが出来
る。
That is, movie film has black partitions between pictures, and the data resulting from this can be discarded as unnecessary data obtained when moving from one screen to another.

上述の如く、本発明による光学系のピント合わせ装置は
、複数個の受光素子を使用して夫々〜の像の移動に伴う
出力変化を検出して合焦検出を行うものに比べて、イメ
ージセンサ−を用いて像全体の情報を得て像の横ずれ自
体を検出しているので、より正確に感度良く合焦を検出
することが出来る。
As described above, the optical system focusing device according to the present invention uses an image sensor to detect focus by detecting output changes accompanying movement of images using a plurality of light receiving elements. Since the lateral shift of the image itself is detected by obtaining information about the entire image using -, it is possible to detect focus more accurately and with high sensitivity.

又、一度撮像するだけでピント外れの量及び方向が検出
出来る。又、像から相関の値が計算出来るので、イメー
ジセンサ−のピッチよりも細かい精度でずれ量を算出出
来る。又、二つの像の相関を計算することにより合焦検
出を行っているので、二つの像の光計が多少違っても補
正出来、誤った合焦を行うことはない。更に、像全体の
光強度分布を光電信号として得ているので、それらの総
和又は平均値等を用いて像の明るさを知ることが出来、
これに基づいて露出制御のため゛に必要な測光を同時に
行うことも可能である。
Furthermore, the amount and direction of out-of-focus can be detected just by capturing an image once. Furthermore, since the correlation value can be calculated from the image, the amount of deviation can be calculated with finer accuracy than the pitch of the image sensor. Furthermore, since focus detection is performed by calculating the correlation between the two images, even if the light meters of the two images are slightly different, it can be corrected and erroneous focusing will not occur. Furthermore, since the light intensity distribution of the entire image is obtained as a photoelectric signal, the brightness of the image can be determined by using their sum or average value.
Based on this, it is also possible to perform the necessary photometry for exposure control at the same time.

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

第1図は本発明によるピント合わせ装置の一実施例の基
本光学系を示す図、第2図は上記実施例の電気回路のブ
ロック図、第3図は上記実施例の遮光板の正面図、第4
図は上記実施例のイメージセンサ−上の光強度分布及び
相関を示すグラフ、第5図は上記実施例のタイムチャー
ト、第6図は他の基本光学系を示す図、第7図は上記実
施例を用いた顕微鏡写真装置の光学系を示す図である。 1・・・結像レンズ、2′・・・遮光板、3・・・イメ
ージセンサ−14・・・瞳、5・・・サンプルホールド
回路、6・・・アナログ−デジタル変換回路、7・・・
切換器、8.9・・・メモリ、10・・・シフトレジス
タ、11・・・シフト値設定回路、12・・・減算器、
13・・・絶対値回路、14・・・メモリ、15・・・
加算回路、16・・メモリ、17・・・中央処理装置、
18・・・表示装置、19・・・レンズ1駆動回路、2
0・・・レンズ駆動装置、21・・・光源、22・・・
受光素子、23・・・遮光板回転検出回路、24・・・
スタートノξルス発生回路、25・・・カラン−ター、
26・・・イメージセンサ−駆動回路、27・・・マス
タクロック、28・・・カウンター、29・・・ゲート
、30・・・ダート制御回路。 第4図 16図 第5図 (c)パル入I (9)す〉フ5レホールドノVルス オフ図 手続補正書(自発) 昭和56年12月22日 特許庁長 官      殿 1、事件の表示 特願昭56−159720号 公昭       号 λ発明の名称   光学系のピント合わせ装置3、補正
をする者  特許出願人 東京都渋谷区幡ケ谷2の43の2 4、代 理 人 〒105東京都港区新!85の19 6、補正の内容 (1)  明細書簡4頁2〜6行目の「像Q、父はQ2
が・・・・形成され、」を下記文章に訂正する。 「像Qがピント面以外即ちイメージセンサ−3以外の位
置に形成される。従って、イメージセンサ−3上にはボ
ケた像Q1又はQ2が像Qに対して光軸0と垂直な方向
に夫々反対側にずれた位置に形成され、」 (2)明細書簡7頁16行目の「191〜319」を「
192〜319」と訂正する。 (3)明細書第9頁1行目の[メモリ 9−64Jを「
メモリ9−128Jlと訂正する。 (4)  明細書簡9頁3行目のr fA(129) 
−fB(64) Jを「fA(192)−fB(128
)」と訂正する。 (5)  明細書第9頁12行目の「メモリ14」を「
メモリ14」と訂正する。 (6)  明細書簡18頁1行目の[・・・・配置され
ている。]の次に下記文章を挿入する。 「第7図は肉眼で観察出来るような構成になっているが
、ここで焦点鏡51の位置にイメージセンサ−3を置け
ば、本ピント合わせ装置を用いることが出来る。」
FIG. 1 is a diagram showing the basic optical system of an embodiment of the focusing device according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram of the electric circuit of the above embodiment, and FIG. 3 is a front view of the light shielding plate of the above embodiment. Fourth
The figure is a graph showing the light intensity distribution and correlation on the image sensor of the above embodiment, Fig. 5 is a time chart of the above embodiment, Fig. 6 is a diagram showing another basic optical system, and Fig. 7 is a graph showing the above implementation. 1 is a diagram illustrating an optical system of an example microphotographic device; FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Imaging lens, 2'... Light shielding plate, 3... Image sensor-14... Pupil, 5... Sample hold circuit, 6... Analog-digital conversion circuit, 7...・
Switch, 8.9... Memory, 10... Shift register, 11... Shift value setting circuit, 12... Subtractor,
13...Absolute value circuit, 14...Memory, 15...
Addition circuit, 16... memory, 17... central processing unit,
18... Display device, 19... Lens 1 drive circuit, 2
0... Lens drive device, 21... Light source, 22...
Light receiving element, 23... Light shielding plate rotation detection circuit, 24...
Start noise ξ pulse generation circuit, 25...carunter,
26... Image sensor drive circuit, 27... Master clock, 28... Counter, 29... Gate, 30... Dart control circuit. Figure 4 Figure 16 Figure 5 (c) Pal entry I (9) Su〉F5 Rehold no V Rusuoff diagram procedural amendment (voluntary) December 22, 1980 Director General of the Japan Patent Office 1, Patent application for indication of the case Publication No. 56-159720 Publication No. λ Name of the invention Optical system focusing device 3, person who makes correction Patent applicant 43-2-4, Hatagaya 2, Shibuya-ku, Tokyo, Agent Address: 105 Shin, Minato-ku, Tokyo! 85-19 6. Contents of amendment (1) Letter of specification, page 4, lines 2-6, “Image Q, father is Q2
is...formed," is corrected to the following sentence. ``The image Q is formed at a position other than the focus plane, that is, at a position other than the image sensor 3.Therefore, a blurred image Q1 or Q2 is formed on the image sensor 3 in the direction perpendicular to the optical axis 0 with respect to the image Q. (2) Change "191-319" on page 7, line 16 of the specification letter to "
192-319”. (3) [Memory 9-64J] on page 9, line 1 of the specification
Corrected to memory 9-128Jl. (4) r fA (129) on page 9, line 3 of the specification letter
−fB(64) J is “fA(192) −fB(128
)” is corrected. (5) Change “Memory 14” on page 9, line 12 of the specification to “
Memory 14" is corrected. (6) [... is placed in the first line of page 18 of the detailed letter]. ], insert the following sentence. ``Figure 7 has a configuration that can be observed with the naked eye, but if the image sensor 3 is placed at the position of the focusing mirror 51, the present focusing device can be used.''

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 結像光学系の正規の結像面またはその近傍に光電変換装
置の受光面を配設し、上記結像光学系の瞳−またその近
傍におけるある領域を通過した光束により形成゛される
第一の像と、上記ある領域と異なる他の領域を通過した
光束により形成される第二の像とを夫々上記光電変換装
置の受光面で受光して夫々の光強変分布を光電信号に変
換し、これらの光電信号を所定の評価函数に従って演算
して上記受光面における上記第一の像と第二の像との相
対的位置関係を検出して上記光学系による結像状態を判
別するようにした光学系のピント合わせ装置。
The light-receiving surface of the photoelectric conversion device is disposed on or near the regular image-forming surface of the image-forming optical system, and the first light beam formed by the light beam that has passed through the pupil of the image-forming optical system and a certain area in the vicinity thereof is provided. and a second image formed by a light flux that has passed through another area different from the certain area are received by the light receiving surface of the photoelectric conversion device, and each light intensity variation distribution is converted into a photoelectric signal. , these photoelectric signals are calculated according to a predetermined evaluation function to detect the relative positional relationship between the first image and the second image on the light receiving surface, and determine the imaging state by the optical system. Optical focusing device.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61221716A (en) * 1985-01-22 1986-10-02 ケイエルエイ・インストラメンツ・コ−ポレ−シヨン Automatic focusing unit for optical inspector using microscope

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JPH0476450B2 (en) * 1985-01-22 1992-12-03 Kei Eru Ei Insutorumentsu Corp

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