JPS60238805A

JPS60238805A - 自動焦点装置

Info

Publication number: JPS60238805A
Application number: JP60081215A
Authority: JP
Inventors: ジヨフリー・シツピー
Original assignee: Shandon Southern Products Ltd
Current assignee: Shandon Diagnostics Ltd
Priority date: 1984-04-16
Filing date: 1985-04-16
Publication date: 1985-11-27
Also published as: EP0163394A3; DE3584314D1; EP0163394B1; EP0163394A2; US4636051A; ATE68271T1

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】（産業上の利用分野）この発明は、自動焦点装置、さらに詳しくは、例えば、
スライドの上に細胞をのせ、その性状などを分析するイ
メージ分析システムなどのイメージ分析システムに用い
られる自動焦点装置に関する。　このような装置は、例
えば、頚部細胞の予検プログラムに用いられる。　ここ
に述べる自動焦点装置は、顕微鏡に組み込まれるもので
あるが、焦点合わせが必要なプロジェクタ、カメラなど
の光学機構にも使用できる。

（従来の技術）従来、イメージ分析システムに使用される自動焦点装置
としては、顕微鏡にビームスプリッタを取付け、該スプ
リッタによりビームを三本の分離したビームに分け、こ
れらビームの各々をそれぞれのイメージセンサに投光す
る構成になっている。　そして、ビームの一つが当たる
メインの焦点面に一つのセンサを配置し、他の二つのセ
ンサをそれぞれのビームのメインの焦点面の前後に配置
している。

焦点が合っていないとのエラー信号が前記のセンサから
得られるが、この信号は、対象物のエツジと対象物内の
明暗の移り変わりを好む照明のノンリニア作用からなる
。　この信号は、各センサに対し、同じ視野にわたり、
積分され、いかなる場合でも同じイメージ部分が３個の
センナに当たるようになっている。　この積分は、イメ
ージが完全にフォーカスされたセンサに対し最大となり
、等しく焦点ぼ【ノになっている二つのセンサにより与
えられる積分の値は、同じとなる。　したがって、主の
センサからの積分の値が最大であり、残りの二つのセン
サからの積分の値が等しい状態において、装置の焦点を
合わせることができる。

（発明が解決しようとする問題点）この発明は、きわめて簡単な手段により自動的に焦点を
合わせる装置を提供するものである。

（問題点を解決するだめの手段）この発明は、光学イメージが焦点面にフォーカスされる
システムに組み込まれる自動焦点装置であって、前記イ
メージを検知するセンサが焦点面の領域に位置し、この
センサは、少なくともセンサ装置の２本の第１、第２７
レイからなり、該センサ装置の一方のアレイは、前記焦
点面の前側に位置し、他方のアレイは、前記焦点面の後
側に位置すると共に、光学イメージと前記センサとの一
方を他方に対し移動させる手段が設【ノられ、前記第１
、第２アレイから前記センサ装置に受像されたイメージ
を表す信号を引出し、該信号から光学機構の焦点合わせ
を行なう焦点駆動信号を引出す機構が設けられているこ
とを要旨とする。

この発明の装置は、検鏡者がスライドを肉眼で検査する
ため、顕微鏡の焦点を合わせるのに用いられると共に、
イメージが感知され、検査するスライドの予備スクリー
ニングを行なうためにも用いられる。　また、カメラの
ようなセンサ装置を附属的に装備さゼ、これによりフォ
ーカスされたイメージを撮影などすることもできる。

この発明の実施例においては、センサ装置のアレイすべ
てが単一の基板に設置され、この基板は、前記焦点面に
対し傾斜し、前記第１７レイと第２７レイとが前記焦点
面の前後にそれぞれ位置する。　また、前記アレイは、
１べてシングルのチップの一部に形成されているか、ま
たは、前記単一の基板にセパレートされた状態で配置さ
れている。　各アレイは、チャージカップルデバイスの
アレイからなる。

前記アレイは、長方形の形状のものであって、前記セン
サ装置と、前記焦点面における前記イメージとの相対移
動が前記アレイの長さ方向軸を横切る方向に行なわれる
。

前記装置は、前記第１アレイど第２アレイの一方が受け
たイメージの一部のコントラストを引出す手段、前記第
１アレイと第２７レイの他方が少なくとも前記イメージ
の同一部分を感知するまで情報を記憶する手段ならびに
該情報を比較し、前記焦点駆動信号を引出す手段を備え
ている。

この発明の実施例においては、前記第１７レイと第２ア
レイそれぞれが、−・つおいて隣り合う感知要素が受【
ノる光度レベルを表す出力信号の提供に適した複数の感
知要素からなり、前記引出し手段は、第１７レイと第２
７レイとからの信号の差を計算し、コントラストを表す
信号を与える構成になっている。

所定値より小さい計算された差の値寸べては、ゼロとみ
なされ、残りの差のすべてがそれから差し引かれる所定
値を有し、コントラストを表１信号が残りの値の関数と
して計算される。

第１と第２のアレイそれぞれからのアナログ出力信号が
アナログ・デジタル・コンバータを通り、デジタル信号
となる。

各デジタル信号は、前記引算が行なわれるに先立ち、対
数変化器により処理される。　これにより、計算された
値が入射光に依存する程度を減する。

第１と第２の７レイそれぞれは、千鳥状の配列の光感知
装置の二本の列（ロウ）からなり、第１のアレイの列の
一方からの信号がプロセスされ、第２のアレイの列の他
方からの信号がプロセスされて、同じプロセス回路を第
と第２の７レイに利用させるようにする。

（実施例）第１図は、調節可能の焦点合わせ（フォー力ッシング）
装置１とレンズ機構２とを有する光学システムを略図的
に示ずものである。　焦点合わせ（フォー力ツシング）
装置１とレンズ機構２との組み合わせにより、センサー
アレイ３の領域内に位置する面（以下、「焦点面」とい
う）にイメージ（映像）の焦点が合わせられるものであ
る。

センサーアレイ３は、前記焦点面を横切って矢印４．５
の方向に移動可能なものであり、かくしてセンサーアレ
イは、物理的に全体のイメージを横切る状態で移動可能
になっているが、図示の実施例の一つでは、イメージに
対しセンサーアレイが移動し、他の実施例では、センサ
ーアレイに対しイメージが移動できるものと理解すべき
である。

センサーアレイは、シングルのチップからなリ、このチ
ップは、チャージカップルデバイス（以下、ＣＣＯと略
記）の３本のアレイ６．７．８を有している。これらア
レイ６．７．８の各々は、ＣＣＤの二つのスタガードし
た隣接ロウからなる。

ＣＣＤアレイを備えたチップは、ＣＣＤが矢印４．５の
方向のチップ移動方向に対し垂直になるように位置して
いる。　また、該チップは、焦点面に対し、わずかに傾
いており、ＣＣＤの第１の７レイ（アレイ８）が焦点面
の直前に、第２のアレイ６が焦点面の直ぐ優に位置する
ようになっている。

傾きの角度は、約１５°であり、中央のアレイ７は、焦
点面に位置する。

チップが矢印４．５の方向に移動するにつれ、ＣＣＤの
各アレイは、順番にイメージの同一“スキャンライン”
を見る状態となる。　しかしながら、光学システムが正
しい焦点を結ぶ状態にあるときは、ＣＣＤのアレイ７の
みが完全にピントが合った状態でイメージを受像し、ア
レイ６．８は、ビンはυの状態でイメージを受像する。

　そして、アレイ８の場合は、いわゆる前ビン（アンダ
ーフォーカス）となり、アレイ６の場合は、後ビン（オ
ーバーフォーカス）となる。

詳しくは、後記するが、最初アレイ８にスキャンライン
または、その他のイメージエリアが受像されると、この
ようなスキャンラインまたは、その他のイメージエリア
における測定されたコントラストに関する情報が決定さ
れ、記憶される。。

イメージに対し、アレイ６が同じスキャンラインまたは
、その他のイメージエリアを受像する距離になるまでセ
ンサーアレイ３の移動が行なわれると、対応する情報が
アレイ６から得られ、すでにアレイ６から得られていた
情報と比較され、記憶される。　二つの情報内容の比較
により、焦点補正信号が発生し、前記焦点合わせ装ｗ１
１に伝達される。

第２図は、二つのチャンネル、すなわち、チャンネル八
とチャンネルＢとを示す。　チャンネルＡは、ＣＣＤの
前記第１７レイからなるイメージセンサ８からスタート
し、チャンネルＢは、ＣＣＤの前記第２７レイからなる
イメージセンサ６からスタートする。　この発明の実施
例においては、イメージセンサ６．８の間のセンサの移
動方向（矢印４．５に示（方向）における距離は約２８
０ミクロンである。　チップの傾斜角度により、互いに
約３ミクロンの距離分焦点をはさんで離れている。　こ
のように、センサ８は、焦点面の手前１．５ミクロンに
あり、センサ６は、焦点面から１．５ミクロンの距離を
おいて、焦点面の後にある。

各イメージセンサ（ＣＣＤの７レイにより構成）の出力
は、一連のアナログ信号であり、これらは、それぞれ、
対応する一つのＣＣＤ　、すなわち、イメージそれぞれ
の画素に当る光の明暗度（ライト・インテンシテイ）を
表す。　各チャンネルは、アナログ・デジタル・コンバ
ータ９を備え、リニアイメージセンサからのアナログ出
力を８ビツト（８Ｂｉｔ）デジタル値にコンバートする
。　前記信号は、アナログ・デジタル・コンパ−９９を
通過した後、対数変換器１０により処理される。　この
ように、該信号は、測定された光度を表す信号からノミ
ナル光学１度を表す信号にコンバートされるものである
。　この変換は、不可欠なものではないが、光度全体の
変化で測定したコントラストの変化を減するのに役立つ
。

つぎのステップは、コントラストのデジタル測定である
。　これは、隣接する画素の濃度の差、換言すれば、イ
メージセンサＣＣＤアレイ内の隣接するＣＣＯにより測
定した光度の差に基づく。　これにより、高周波イメー
ジコンテントが測定される。

一つの実施例においては、一つおいて隣位する画素それ
ぞれから、または、一つおいて隣位するＣＣＤそれぞれ
からの信号が引算される。　使用される一つの特定なＣ
ＣＤアレイが奇数または偶数の画素に対し分離されたチ
ャンネルを有するから、隣り合う画素または隣り合う０
００間の差をとるよりも前記のようなアレンジメントが
用いられ、ここで利用しようとしているアレンジメント
がきわめて容易となる。

一つおいて隣位する画素それぞれから得られた信号の相
違が、このようにして決定される。

コントラストの測定は、前記した相違から定数を引くこ
とにより決定される。　正でない値すべては、ゼロとみ
なされる。　得られた値は、例えば、１．５パワーに引
き上げられ、定数を掛けると、一つおいて隣位する画素
それぞれのコントラスト値が得られる。

コントラスト値がブロック１１において決定されると、
これがスキャンレジスタ１２へ送られ、ここで記憶され
、合計され、ついで、合計された値は、コンピュータ１
３へ送られる。

各スキャンレジスタにおけるコントラスト信号は、絶え
ず蓄積（アキュムレート）され、特別なステップがとら
れない限り、終局的にはオーバーフロラする。　したが
って、このスキャンレジスタに存在する信号は、一定の
インターバルごとに定期的に読み取られ、センサーアレ
イ３が所定の距離分移動するたびにトリガされる。　一
つの実施例においては、この距離は、１０ミクロンにセ
ットされるが、これがアレイ分離の約数にもつとも便利
であるからである。　かくして、４つのインタラブド（
すなわちセンサの４回の分離したステップ的移動）の後
においては、アレイ８が先行する場合は、アレイ８がス
キャンしたと同じイメージをアレイ６がスキャンし、ま
た、反対のスキャン方向では、これと逆になる。

スキャンレジスタからの信号の各サンプルは、スキャン
ライン（例えば、１０２４ミクロン）の幅と前回のリー
ディング（７０ミクロン）からセンサが動く距離で限定
される領域のインチグレートされたコントラスト測定を
表す。　このように、シフトレジスタを使用することに
より、チャンネルＡとチャンネルＢとのコントラスト測
定読み取り値を比較することが可能となり、または、比
較の前に４つのインタラブドに対し、サンプル１セツト
をホールドするコンピュータ内での循環バッファが実効
となる。

この特殊なシステムは、７０＋２８０−３５０ミクロン
の遅れの後にサンプル領域の開始点で特定のＣＣＯの焦
点領域のコントリビュージョンに先ず最初にリスボンド
することに注目すべきである。

コンピュータには、センサ３の動きの各中断距離を示す
信号が与えられ、コンピュータは、焦点駆動信号である
出力を与える。

前記した実施例のものは、ＣＣＤアレイ各々がスタツガ
ードされたロウのものからなり、チャンネルＡから゛偶
数°′装置のみが、チャンネルＢから“奇数″装置のみ
が使用されれば、二つのチＶンネルに対し、同一のアナ
ログ・デジタル・コンバータ、対数変換器、コントラス
ト計算器が使用できるので、さらに簡略化または改良さ
れることができる。　そして、これは、二つのチャンネ
ルの間でバランスが欠ける危険をなくし、きわめて有利
となるもので、二つのチャンネルの間でバランスが欠け
ることは、ピンボケとなるからである。

第３図と第４図は、この発明に係る焦点装置を装備した
顕微鏡を示す。

顕微！１１５は、在来の機構のもので、ランプハウス１
６０ランプからの光線は、ダイアフラム１７を透過して
コンデンサ１８に投光される。

ついで光線は、可動の試料台２１のクリップ２０により
保持した試料１９を透過し、ついで回転する鏡胴２２の
対物レンズを通り、保持ハウジング２３に内蔵されてい
る光学機構に入光する。　焦点合わせコントローラ２４
が手動による焦点調節のために設けられているが、これ
は、補助的なもので、顕微鏡には、この発明による自動
焦点装置が装備されている。

顕微鏡には、三つの光学出力部が備えられている。　か
くて、顕微鏡内のビームは、ビームスプリッタを通過し
、ここでそれぞれがｎ個の焦点面を有する三本のビーム
が発生ずる。　それぞれの光学出力部は、それぞれの焦
点面と正合している。第１の光学出力部は、双眼鏡の鏡
胴２８と接続し、試料のイメージが肉眼で観察できるよ
うになっている。　第２の出力部２９は、カメラ３０ま
たはＣＣＤアレイのようなイメージ検知装置と接続する
接続部を構成し、試料のイメージを電子的に観察できる
ようになっている。

第３の出力部３１は、この発明に係るセンサ３に接続し
ている。　センサ３は、集積回路３；２のフロントフェ
ースに形成され、この集積回路の足３３は、メタルスト
リップ３４の両側に位置し、集積回路３２の下面がメタ
ルストリップ３４に接触してセンサのヒートシンクが形
成されている。

メタルストリップ３４は、四角なフレーム３５と一体の
もので、該フレームの中央に位置しており、前記フレー
ムには、２個のネジ孔３６が設けである。　コーナーに
ネジ孔３８をもつ−回り小さい四角なフレーム３７がネ
ジ３９を介してフレーム３５のフロントフェースに取付
けられ、フレーム３５どセンサ３とのセンサキャリア４
１の傾斜面４０に対する位置ぎめが容易に行なえるよう
になっている。　センサキャリア４１は、ヘッド４３を
備えた筒状のスピゴット４２を有し、該スピゴットの端
面は、スピゴット４２の軸に対して、約１５６の傾斜角
度の傾斜面４０となっている。　四角な窓４４が、傾斜
面４０に形成されており、この窓にフレーム３７が嵌合
する。　傾斜面４０には、ネジ孔４５が設けてあり、フ
レーム３５のネジ孔３６にねじこんだネジがネジ孔４５
に螺合して、フレーム３７を前記窓に嵌合した状態でフ
レーム３５を傾斜面４０に取付け、センサ３が所定に位
置に設置される。　このように、センサ３は、そのフロ
ントフェースがスピゴット４２の軸に対して、約１５°
の傾斜角度でセンサキャリアに保持される。　光線は、
スピゴット４２の中空の内部を通り、センサ３に入射す
る。

センサキャリア４１のスピゴット４２は、保持部材４７
の筒状スピゴット４６に嵌めこまれる。

保持部材４７は、このスピゴッ１〜４６と、これを横切
る環状ヘッド４８とを備え、該ヘッドには、一対の孔４
９が直径方向に対向して設けられ、側面には、ネジ５１
が螺合する孔５０が設けである。

スピゴット４２をスピゴット４６に嵌めこんだ後、セン
サキャリア４１を回転し、ネジ５１を締付けて、センサ
キャリア４１を所望の位置に固定する。

保持部材４７は、前記ヘッド４８の孔４９からマウンｉ
−プレート５２の孔５３にネジを螺合してマウントプレ
ート５２にねじ止めされる。　孔５３は、スピゴット４
６を嵌めこむ丸窓５４の周縁に対向して設番プである。

マウントプレート５２は、取付プレート５５により顕微
鏡本体に取付けられるが、この取付は、顕微鏡のハウジ
ング２３のネジ孔にネジ孔５６からネジを螺合して行な
われる。

センサを前記の要領で取付【プ、センサキャリア４１を
回転すれば、センサ３の各種センサアレイを所望の位置
にセットできる。　これによって、焦点面は、センサ３
に設けた中央のセンサアレイに位置する。

この発明においては、センサを移動してスキャンニング
を行なう代りに、イメージ側をセンサに対して動かすこ
ともできる。　これには、モータハウジング２５のモー
タにＪ：り試料を動かせばよい。　モータは、自動的に
コントロールされ、試料を段階的に動かし、焦点が自動
的に定まる。

ピントが合った試料は、双眼＠２８から観察でき、また
は、カメラ３０などのセンサにより観察される。

この発明の焦点合わせシステムは、プロジェクタ、カメ
ラ、その他の光学装置に広く利用ｌることができ、自動
的に焦点を合わせることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、イメージを表す信号を引出づセンサ要素をも
つセンサチップを含む光学システムの説明図、第２図は、この発明による実施例のブロックダイアグラ
ム、第３Ａ図は、この発明の焦点合わせ装置を装備した顕微
鏡の一部分解斜視図、第３Ｂ図は、第３Δ図の要部拡大斜視図、第４図は、顕
微鏡の斜視図である。１・・・・・・焦点合わせ（フォー力ッシング）装置２
・・・・・・レンズ機構　３・・・・・・センサーアレ
イ４．５・・・・・・移動方向６．８・・・・・・イメージセンサ９・・・・・・アナログ・デジタル・コンバータ１０・
・・・・・対数変換器１１・・・・・・ブロック　１２・・・・・・スキャン
レジスタ、１３・・・・・・コンピュータＦＩＧ　４手続補正書（放）昭和６０年５　月２０日昭和６０年特許願第８１２１５号２、発明の名称自動焦点装置３、　補正をする者事件との関係　出願人氏名（名称）　シャントン・サザン・プロダクツ・リミ
テッド４、代理人住所　東京都港区南青山−丁目１番１号５、補正命令の
日付（自発）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光学イメージが焦点面にフォーカスされるシステ
ムに組み込まれる自動焦点装置であって、前記イメージ
を検知するセンサが焦点面の領域に位置し、このセンサは、少なくともセンサ装置の２本の第１、第
２７レイからなり、該センサ装置の一゛方のアレイは、
前記焦点面の前側に位置し、他方の７レイは、前記焦点
面の後側に位置すると共に、光学イメージと前記センサ
との一方を他方に対し移動させる手段が設けられ、前記
第１、第２アレイから前記センサ装置に受像されたイメ
ージを表す信号を引出し、該信号から光学機構の焦点合
わせを行なう焦点駆動信号を引出す機構が設けられてい
ることを特徴とする自動焦点装置。
（２）焦点面に位置して、焦点が合わされたイメージを
検知するセンサが設けられている特許請求の範囲第１項
記載の自動焦点装置。
（３）センサ装置の７レイすべてが単一の基板に設置さ
れ、この基板は、前記焦点面に対し傾斜し、前記第１７
レイと第２７レイとが前記焦点面の前後にそれぞれ位置
する特許請求の範囲第１項または第２項いずれかに記載
の自動焦点装置。
（４）前記アレイずべては、ＣＣＤからなるアレイを備
えた単一チップの一部に形成されている特許請求の範囲
第３項記載の自動焦点装置。
（５）前記アレイは、長方形の形状のものであって、前
記センサ装置と、前記焦点面における前記イメージとの
相対移動が前記アレイの長さ方向軸を横切る方向に行な
われる前記特許請求の範囲第１項から第４項いずれかに
記載の自動焦点装置。
（６）前記第１７レイと第２７レイの一方が受【プたイ
メージの一部のコントラストを引出す手段、前記第１７
レイと第２７レイの他方が少なくとも前記イメージの同
一部分を感知するまで情報を記憶する手段ならびに該情
報を比較し、前記焦点駆動信号を引出す手段を備えてい
る特許請求の範囲第５項記載の自動焦点装置。
（７）前記第１アレイと第２７レイそれぞれが、一つお
いて隣り合う感知要素が受ける光度レベルを表す出力信
号の提供に適した複数の感知要素からなる前記特許請求
の範囲第１項から第６項いずれかに記載の自動焦点装置
。
（８）所定値より小さい計算された差の値すべては、ゼ
ロとみなされ、残りの差のすべてがそれから差し引かれ
る所定値を有し、コントラストを表ず信号が残りの値の
関数として計算される構成の特許請求の範囲第７項記載
の自動焦点装置。
（９）第１と第２のアレイそれぞれからのアナログ出力
信号がアナログ・デジタル・コンバータを通り、デジタ
ル信号となる特許請求の範囲第１項から第８項いずれか
に記載の自動焦点装置。
（１０）各デジタル信号は、前記引算が行なわれるに先
立ち、対数変化器により処理される特許請求の範囲第９
項に記載の自動焦点装置。
（１１）第１と第２のアレイそれぞれが千鳥状の配列の
光感知装置の二本の列（ロウ）がらなり、第１のアレイ
の列の一方からの信号がプロセスされ、第２のアレイの
列の他方からの信号がプロセスされて、同じプロセス回
路を第と第２のアレイに利用させるようにした特許請求
の範囲第１項から第１０項いずれかに記載の自動焦点装
置。