JPS597320A - ピントずれ量の検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、顕微鏡、カメラ等の自動焦点調節装置に用い
るに最適な、ピントずれ量の検出装置に関するものであ
る。

従来、被写体像を結像させるべき基準面に対し又対称な
位置各々と等価な位置に、フォトダイオードアレイ、Ｃ
ＣＤ等のイメージセンサを配設し、このイメージセンサ
からの信号に基づいて、前記基準面におけるピントずれ
量の信号を得る如く成１〜た検出装置が知られている。

この場合、イメージセンサの配設の手法とし又は、 （１）上述の等価な位置に、物理的に分離したイメージ
センサを配設し几もの、 （２）　　上述の等価な位置を、一つのイメージセンサ
の受光面のほぼ中央を境として左右に振り分けたもの、 があった。

このように、基準面に対して対称な位置各々と等価な位
置にイメージセンサを配設することにより、イメージセ
ンサからいわゆる前ピンと後ピンに対応する信号を求め
ることができるわけである。

しかしながら、正確な信号を得るためには、イメージセ
ンサが同一範囲のｆｌｌ　’ｆｒとらえるようにする几
めの非常に微妙な位置出し調整を必要としてい友。

特に、上述の手法の（２）は、部品点数の削減、調整の
簡略化が計れる利点がある。が、この場合、隣接し几受
光面の境界付近では被写体像が重なってしまい、正確な
ピントずれ量の信号を得難い場合がある等の欠点があつ
友。

本発明は、これらの欠点を解決し、簡単に正確なピント
ずれ量の信号を得ることので酉るピントずれ量の検出装
置を提供することを目的とする。

以下、図面に示した実施例に基づいて本発明を説明する
。

第１図は、本発明のピントずれ量の検出装ｆを、顕微鏡
の自動合焦装置に応用［−７た場合の第１実施例、第２
図は第１図のタイミング装置及び抽出関数発生回路の詳
細ブロック図、第３図は、第１図、第２図の動作を説明
するためのタイミングチャートである。

ステージ１上の標本２は、対物レンズ３、ハーフミラ−
４を介して光源５により落射照明される。標本２の像は
、対物レンズ３を元軸方向へ移動せしめることにより図
示な舞焦点板、フィルム面等に結儂させることができる
。ハーフミラ−４の透過）Ｙ−は、光路分割プリズム６
によって紙面内で２元路に分割された後、該各々の光路
中にまたがって配設されたイメージセンサ８上に入光す
る。イメージセンサ８の受光面の左手分は焦点板、フィ
ルム面等の配設される面と等価な基準面Ｓの後ろ側に、
イメージセンサ８の受光面の右半分は、上述の如き面Ｓ
の前側になる如く、イメージセンサ８の位置が調整され
ている。イメージセンサ８の左半分からの光電変換信号
はいわゆる後ビン信号に、右半分からの光電変換信号１
よいわゆる前ビン信号に相当する。光路分割プリズム６
とイメージセンサ８の受光面の右半分との間には負レン
ズＴが挿入されており、イメージセンサ８上の左半分と
右半分での大きさを一致させる働きを成している。

イメージセンサ８の左半分と右半分とで像の大きさを一
定にするためには、負レンズＴの代わりに、両光路がテ
レセントリック系になる如く光学系を構成しても良い。

イメージセンサ８ｔｉ周知の如く、スタート・　パルス
発生器９とパルス発生回路１０とによって駆動さシする
。すなわち、イメージセンサ８はスタートパルス発生器
９からのスタートパルスに引き続いて入力されるパルス
発生回路１０からのパルスによって各エレメントが順次
駆動され、このパルスに同期して映像信号を時系列に出
力していく１、増幅器１１は、イメ・−ジセンサ８から
の映像信号を増幅してサンプルホールド回路１２に入力
せしめる。

サンプルホールド回路１２はし１示してはいないが、パ
ルス発生回路１０からのパルスに基づい−７：　Ｉｌ＠
次増幅器１１からの映像１、゛（号をサンプルホールド
する。サンプルホールド回路１２の出力信号は微分回路
１３に入力される。微分回路１３の微分信号ｅま絶対値
回路１４にて極性を揃えられ、コントラストに応じた信
号となる。絶対値回路１４の出力信号は、掛算器１５の
一方の入力端子に入力される。掛算器１５の他方の入力
端子には抽出関数発生回路１６からの抽出関数が入力さ
れ、掛算器１５は両入力端子の信号を掛は合わせ−Ｃ積
分器１７に入力せしめる。積分器１７は、タイミング装
置１８からの信号に基づいて、イメージセンサ８からの
信号のうち受光面」二の左半分で）ら得られる信−号、
すなわ″ｌ−ｌ−後ピン４に相当した掛算器１５カ・ら
の信号と、右半分から得られる信号すなわち前ビン信号
に相当した掛算器１５７１・［〕の信号とを交互に積分
して第１サンプルホールド回路１９、第２サンプルホー
ルド回路２０Ｖこ入力せしめる。第１サンプルホールド
回路１９は左半分からの信号用、第２サンプルホールド
回路２０は右半分からの信号用であって、タイミング装
置１８力為らのサンプル信号によって積分器１７がリセ
ットされる寸前の各々の信号が振り分けて入力される如
く成っている。第１サンプルホールド回路１９、第２サ
ンプルホールド回路２０からの信号は差動増幅回路２１
に入力され、ピントずれｍ・に対応した信号となシ、モ
ータ制御回路２２に入力される。ピントずれ量に対応し
た信号は前ピン、後ビンの別、及びその量を示す信号で
ある。モータ制御回路２２は、ピントずれ量が零になる
まで、対物レンズ３ｔ−駆動するモータ２３に回転信号
を送る。

勿論、モータ２３がステージ１ｆ、上下させる如く成し
ても良い。このようにして、自動合焦が可能となる。

タイミング装［１８は、スタートパルス発生器９、タイ
ミングパルス発生回路１０、第１デジタルスイツチ２４
、第２デジタルスイツチ２５からの信号を入力し、抽出
関数発生回路１６、積分器１７、第１サンプルホールド
回路１９、第２サンプルホールド回路２０にタイミング
信号を出力し、各々の動作期間全制御する。

タイミング装置１Ｂは、第２図に示した如く、セレクタ
２６、プリセッタブルカウンタ２７、カウンタ２８、出
力回路２９を有している。プリセッタブルカウンタ２７
、カウンタ２８はスタートパルス発生器９からのスター
トパルスによってリセットされる。プリセッタブルカウ
ンタ２７は、制御端子から入力されるプリセット値を全
計数可能値から引いた数（所定値と称す〕だけ、パルス
発生回路１０からのパルスを計数する。所定値の計数が
終了すると、プリセッタブルカウンタ２７はキャリー信
号をカウンタ２８に出力するとともに、キャリー信号に
よってゲート６を介してリセットされる。カウンタ２８
はキャリー信号を計数し、該計数値を出力回路２９に入
力せしめる。出力回路２９は主として上記キャリー信号
を番地指定信号とする読出し専用の記憶回路（ＲＯＭ）
ｔｌ−有し、この記憶回路の所定番地からの信号によっ
て、積分器１Ｔ、第１サンプルホールド回路１９、第２
サンプルホールド回路２０、セレクタ２６、抽出関数発
生回路１６の変換装ｆ＃１ｔ３０の作動タイミングが制
御される。なお、変換装置３０は、プリセッタブルカウ
ンタ２７の計数値を、出力回路２９から信号が生じてい
る間のみ出力するゲートと、ゲートに接続され、上記計
数値を所定の値に変換する例えば読出し専用の記憶回路
を有し、変換装置３０がら出力されるプリセッタブル、
カウンタ２７の計数値に対応したデジタル値Ｆｉ、Ｄ／
Ａ　　コンバーター３１にてアナログ値に変換されて、
抽出関数発生回路１６から出力される。

このような構造であるから、時刻１．　　でスタートパ
ルス発生器９からスタートパルス（第３図（ａ））が生
ずると、パルス発生回路１０から順次出力されるパルス
（第３図（ｂ））によって、イメージ１！ンサ８の各エ
レメントが駆動され、イメージセンサ８からは、第３図
（ｋ＋の如き各々のエレメントに入射した元の強さに応
じた信号が出力される。一方、プリセッタブルカウンタ
２７．カウンタ２８は、スタートパルスによってリセッ
トされる。出力回路２９は、カウンタ２８の計数値零に
よってセレクタ２６の端子Ａｉ選択する如く、セレクタ
２６に選択信号を入力せしめる。いま、デジタルスイッ
チ２４．２５共に、値零が設定されているとすると、プ
リセッタブルカウンタ２１け、全計数可能値（第３図の
例では４０・・・第３図（ｂ）のパルス４０毎にキャリ
ー信号（第３図（Ｃ））が出る）を所定値として計数す
る。プリセッタブルカウンタ２７は、全計数可能値のパ
ルスを計数するとカウンタ２８にキャリー信号を出力す
る（第３図（Ｃ））ので、カウンタ２８の計数値は１と
なる。カウンタ２８の計数値が１となると、出力回路２
９１１：、セレクタ２６が固定値（本例では零）ｔ−出
力する如く信号をセレクタ２６に入力せしめ、また第３
図（ｆ）の信号を変換回路３０に、第３図（ｇ）の信号
を積分器１７に、第３図（１）の信号Ｐ１を第１サンプ
ルホールド回路１９に入力せしめる。ここで、出方回路
２９の信号の作成の仕方の一例を詳述しておくと、第３
図（ｇ）（＋）の信号Ｖよ、第３図（ｈ）の信号が基本
となっている。すなわち、前述の出力回路２９に設けた
記憶回路からの（ｉｆ号によって矩形波発生回路が駆動
され、カウンタ２８の計数値１で第３図（ｈ）の如き信
号がこの発生回路から出力される如く構成し、第３図（
ｈ）の信号１第３図（ｂ）の１パルス分だけ遅延回路等
で遅延させた信号を第３図優）の信号と成し、また、第
３図（ｈ）の信号の立ち下りで第３図０）の信号を波形
整形回路にて作成する如（形成されている。第３図（１
）には、掛算器１５の出力信号の例を示す。積分器１７
は、時刻ｔ１〜ｔ、の期間Ｔの信号を積分した信号を出
力し７、時刻ｔ２　　で第３図ω）の信号の立ち下がり
にてクリアーされる。積分器１７がクリアーされる１パ
ルス前に、第１サンプルホールド回路１９は積分器１７
の出力をｗ４３図０）のサンプル信号Ｐ１の立ち上りに
よってサンプルホールドするので、第１サンブリホール
ド回路１９には、積分器１７がクリアーされる寸前の積
分値が記憶さｈることになる。この値は、イメージセン
サ８の左側の像に対応した信号である。プリセッタブル
カウンタ２７が再び全計数可能値を計Ｆ１．（７、カウ
ンタ２８にキャリー信号が入力されると、カウンタ２８
は計数値２となる。

計数値２では、出力回路２９Ｆｉセレクタ２６の端子Ｂ
を選択する如き信号をセレクタ２６に入力し、その余の
制御信号を出力しない。

このようにし、てカウンタ２８が計数値３となると、前
述の時刻ｔ１〜ｔ、と同様に時刻ｔ、ｌ〜ｔ４　　にお
いて、各回路が制御される。時刻ｔ、〜ｔ２　と異なる
点は、サンプルパルスＰ！が＠２サンプルホールド回路
２０に入力される点である。従って、第２サンプルホー
ルド回路２０に記憶された値は、イメージセン、す８の
右側の像に対応した信号となる。カウンタ２８の計数値
が４となると、再びスタートパルスが生じることにより
前述の動作を繰り返す。

このようにして、イメージセンサの左側の像に対応した
信号と、右側の像に対応した信号とが得られることにな
る。

ここで、デジタルスイッチ２４に［１０（勿論、実際に
はこれに対応するデジタル値〕を設定したとすると、プ
リセッタブルカウンタ２７はスタートパルスが生じた後
、３ｏパルスでキャリー信１号を出力することになる（
第３図（ｄ））。すなわち、第３図（ｄ）に示した如く
、キャリー信号の列が１０パルス分第３図（ｃ）に対し
左方へずれることになる。従って、第３図（ｆ）、（ｇ
）、（ｈ）、（１）の信号もそれぞれ左方へ１０パルス
分ずれるので、抽出位置が変化する。すなわち、イメー
ジセンサ８上での像の選択部分を変化させることができ
る。

また、デジタルスイッチ２５に値１ｏを設定（，７たと
すると、プリセッタブルカウンタ２７は、カウンタ２８
の計数値が２と成った後、３０パルスでキャリー信号を
出力することになるので、キャリー信号の列は、第３図
（、）の如く２番目のキャリー信号と３番目のキャリー
信号の間隔を狭め／こ形と〃ろ。

すなわち、デジタルスイッチ２４．２５　ｋＬＬ適当適
当分値定することによりη、抽出区間全一定にしたまま
で、抽出位置を自由に調整でき、かつ調整が電気的Ｏτ
行なえるので、調整が容易に行なえる。

また、第３図（ｆ）の抽出関数の代わりに、第４図（ｆ
′）、（ｆ″）の如く、時刻によって大きさの代わるよ
うな関数を発生する如く構成しておけば、掛Ｒ−器１５
の出力１３号全抽出区間の中央部を重視した１３号と成
すことができるので、デジタルスイッチによる像抽出位
置の調整が不完全であったり、調整の分解能が不足１７
ていたりした場合に生ずる像抽出区間の端部における誤
差成分會減少せしめることができる。なお、第４図の（
ｅ）は第３図の（ｃ）と同じであり、第４図（ｇ’）　
、（ｈ’バは第３図（ｇ）、（ｈ）に対応し、また第４
図の口′〕、四〃）は第３図の（量）に対応する。

このようにして、２つのデジタルスイッチ２４．２５へ
の設定値を適当に選定することにより、映像信号の抽出
位置を自由に選択することが可能になる。また、第４図
Ｃ１５、Ｃ１’りの如く、中央部を重視した抽出関数を
用いると、抽出区間端部での信号の寄与を少なくするこ
とができるので、掛算器１５ｔ−サンプルホールド回路
１２と微分回路１３０間に接続したような場合に特に生
ずる可能性のある人外な信号変化（抽出区間端部での急
な信号変化は微分したとき大きな出力となる）を防止す
ることができる。

第５図は本発明の他の実施例を示す系統図であり、特に
、撮像素子として２次元ＣＯＤ固体操像素子を用いた場
合を示している。

２次元ＣＣＤのもつとも簡便な素子はビデオカメラ等に
用いられる素子であり、これは例えばインターライン型
ＣＣＤで素子数が水平３８４画素、垂直４９０画素とい
ったものがあげられる。ここではこの素子をフィールド
走査駆動、即ち垂直方向は上記半分の２４５画素で駆動
する場合を考えて説明する。

前記実施例同様にここでも被写体をモーター駆動で酉る
対物レンズ５０１を用いて結像する。、光学系の中には
光路分割プリズム５０２及びテレセントリック元学系を
実現するための正レンズ５０３が設けられている。ＣＣ
Ｄ駆動回路５０４は、同期信号発生回路５０５から所要
のタイミングパルス例えば水平、垂直同期信号、クロッ
ク等を受は取りインターラインＣＣＤ５Ｑ５に必要な各
種のパルス例えば水平、垂直転送りロック等を発生し、
ｃｃＤ５０５が繰り返しテレビジョンのフィールド走査
を行なうようＣＣＤ５０５を駆動している。ＣＣＤ５０
５から得られるパルス状の出力映像信号は前置増幅器５
０６で増幅され、サンプルホールド回路５０７で連続す
る階段状アナログ信号に変換される。サンプルアンドホ
ールド回路出力は更に映像信号の高域成分を抜趣出すた
め帯域通過フィルタ５０８ｔ−経て絶対値回路５０９に
入力される。

絶対値回路５０９の出力には高域雑音も含まれまた焦点
整合にとって不都合な低レベルの信号も含まれているた
めこれを低レベルクリップ回路５１０で除去する。クリ
ップ回路５１０に入力される電圧ｖｔｈはクリップレベ
ルであり、ｖｔｈより低い入力信号はクリップされ被写
体の一程限度以上のシャープさを持つエツジからの信号
のみにより合焦が行われることになる。２つのカウンタ
５１１と５１２、読出し専用の記憶回路ＲＯＭ５１３及
びマルチブラインダＤ／Ａコンバーター５１４が、撮像
面上の場所により焦点整合評価関数に対する寄与を変化
させ、位置調整に対する要求、有効撮像領域境界での被
写体エツジの出入りによる信頼性低下を緩和するための
回路である。

カウンタ５１１は同期信号発生回路５０５より水平グロ
ックパルス（例えば水平３８４画素とすればカラーサブ
キャリア周波数３、５７９５４５　ＭＨｚの２倍の周波
数が好適となる。うを入力され水平アドレスをカウント
する。カウンタリセットに、水平駆動信号ＨＤをもって
各水平走査毎に行なう。もち７）んこの信号をリセット
の代りにプリセット入力として用い、外部デジタルスイ
ッチによる設定アドレスよりカウントアツプする如く槽
成しても良い。また、カウンタ５１２ｔよ、垂直アドレ
スカウンタでありクロックと１７てＨＤｋ用い、リセッ
トに垂直部Ｕ（ｕ号ＶＤを用い′ている。

この結果、ＲＯＭ５１３の人力には水平及び垂直のアド
レス信号が入力され、アドレス毎に予め記憶させておい
た係数をＲＯＭから堆り出せるようになっている。この
ＲＯＭ出力を、仮に８ビツトとすれば０〜２５５までの
係数によりクリップ回路５１０の出力を変化させること
が可能となる。即ち、ＲＯＭ５１３の出力デジタル信号
とクリップ回路５１０の出力アナログ信号との積信号が
マルチブラインダＤ／Ａコンバーターより得られる。積
分器５１５から対智レンズ駆動用モー２５２６に至る回
路（ユ、２次几撮吹素子の受光面に対し　ＭｉＪビン、
後ピン像金いかに設定するかにより七の動作が重なって
いる。

ここでシよ最初に、２次元ＣＣＤ撮像素子出力５の受バ
４面全垂直走査方向に２分割し、出力（畢直矩売の始点
側〕に例えば前ピン像１″、下方（終点ｆｌｌｌｌ　）
に後ピン像を結像させる場合？　５ジ　え　゛こ　み　
る　。

第６図が、ＲＯＭ設定係数の２次元分布を示す図である
。ｔｉ）ｆ線面６０１に対し上方及び下方に台形状の値
を設定しである。断面図に示す如く台形の頂部で値２５
５＋２８１．）を取り外側で値０となる。ＣＣＬ）の走
査が上方より下方に進む（・先つれてｆｒ走査線のコン
トラスト（＝　＋、ｊｔｊ：　’ｒｆにクリップ回路５
１０の出力に得られている。しかし、一旦マルチプライ
ンダＤ／Ａコンバーター５１４全通過した後Ｖま１（０
Ｍ出力によｔ）振幅変調を受は撮像面上の場所により重
みづけされた信号となっている。

この信号は積分器５１５で積分され台形の領域内でのみ
サンプルホールド回路５１６及びＡ／Ｄコンバーター５
１７を用いて各走査の終了時にＡ／Ｄ変換され、ディジ
タル加算器５１８、ラッチ５１９からなるディジタル累
算器で累積加算される。この結果撮像面上方の前ピン＠
に関するコントラスト積分値が上方の走査ｔ−終った時
点でラッチ５１９に残される。同様に撮像面下方の後ピ
ン領域のコントラスト信号積分値がディジタル加算器５
２０とラッチ５２１で求められ、１画面１フイールドの
走査が完了した時点でラッチ５２１に残される。

それと同時に後ピン、前ピンの各コントラスト信号積分
値の差がディジタル減算器５２２で求められラッチ５２
３に読み込まれる。ラッチ５２３の出力ＶｉＤ　／　Ａ
コンバーター５２４によりアナログ信号に変換されパワ
ーアンプ５２５でモーター５２６を駆動する。

以上の説明ではハンティング現象を避ける念めの回路に
ついては言及していないがこれは例えばラッチ５２３の
出力を検知し一定値以下になったときモータ５２６の駆
動を停止するような公知の手段で容易に達成される。

また、ＣＣＤ撮像素子出力に対し必要と応じてＡＧＣｌ
ｌ−かけるがこれについても省いた。

第５図に示し九回路が第７図の如く２つの連結駆動され
る１次元ＣＣＤに対して若干の変更のもとで用いられる
のは容易に知られる。

２次元撮像素子に対する前ピン儂、後ピン像の分割は上
記の如く上下に振り分ける代りに左右に振り分けること
も可能である。その場合には、焦点整合に用いられる領
域に関する各水平走査線毎に前ビン情報、後ビン情報の
双方が時系列的に発生するためそれらを重みづけした後
ラッチ５１９．５２１に累積加算していくことになる。

この点を除く動作は、上下分割の場合と大差無い。

第１図の例と同じように、水平アドレスカウンタ５１１
、垂直アドレスカウンタ５１２の値を可変にしておくこ
とにより任意の範囲で映像信号をとり出すことかでか、
また、ＲＯＭ５１３に書き込む内容によっては、走査方
向に対して傾斜した範囲の映ｆ象信号を取り出すことも
でべろ。

以上の説明では、助ビン信号と後ビン信号とを得るため
に、イメージセンサの受光面を、被写体像を結像させる
べき基準面に対称になる如く配置し次側を上げたが、さ
らに上記基準面にもイメージセンサを配設したもの、ま
た上記基準面にのみイメージセンサ全配置したものにも
有効に用いることが可能となる。

以上述べた如く、本発明によれば、被写体像を結像させ
るべき基準面に対して、一定の関係にある所定位置に配
設したイメージセンサ上の信号抽出位置を変化−ビしめ
る信号抽出手段を、イメージセンサからの映像信号に基
づいてピントずれ量を検出する処理装置に設けたので、
簡単に正確なピントずれｔを得ることがで口る。従って
、調整の手間が省（ハ）、装置が安価になる。さらに、
使用の態様Ｐこよつてし１、適切な抽出位置を選択する
ことによって像を形成する物体界適わしい信号ｔ−得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による第１実施例を説明する図、第２図
は第１図中のタイミング装置と抽出関数発生回路、の詳
細ブロック図、第３図９第１図と第２図の動作を説明す
るためのタイミングチャート、第４図は第３図と同様な
タイミングチャート、第５図ｅま第２実施例を説明する
図、第６図はｌζ０Ｍ設定係数の２次元分布を示す図、
第７図を１１次元ＣＣＤｔ−用いた場＠全説明する図で
ある。 〔主要部分の符号の説明〕 ８・・・イメージセンサ １６・・信号抽出手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 物体の像を結像させるべ角基準面に対して一定の関係に
   ある所定位置に配設し几イメージセンサからの映像信号
   に基づいて、前記基準面におけるピントずれ量の信号を
   得る処理装置を股は九検出装置において、 前記センサ上の信号抽出位置を選択せしめる信号抽出手
   段を前記処理装置に設は禽ことを特徴とするピントずれ
   量の検出装置。