JP3267984B2 - 自動合焦装置及び自動合焦装置における合焦調整方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学系の焦点調節を行う
自動合焦装置及び自動合焦装置における合焦調整方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動合焦装置には、支持体にセッ
トされた被写体を顕微鏡からなる光学系を介して撮像し
て映像信号を出力するテレビジョンカメラと、移動可能
に設けられ前記光学系を支持する移動台と、パラメータ
Ｊを任意に設定することによって合焦位置検索範囲を任
意に設定しパラメータＳを任意に設定することによって
移動ピッチを任意に設定する設定手段と、前記テレビジ
ョンカメラからの映像信号を前記設定手段で設定された
移動ピッチに対応させて抽出する抽出手段と、この抽出
手段で抽出された映像信号より前記設定手段で設定され
た合焦位置検索範囲内で被写体の合焦位置を検出する焦
点検出手段と、この焦点検出手段の検出結果により前記
移動台を移動させて焦点調節を行うステッピングモータ
とを備え、パラメータＪ，Ｓの設定により焦点位置を自
動的に焦点調節用原点に設定するものが提案されてい
る。この自動合焦装置は例えば工場の自動生産ラインに
用いられ、検査や組み付けの対象となる部品が被写体と
なってこれが支持体に自動的にセットされる。パラメー
タＪ，Ｓの設定では、例えばステッピングモータを駆動
する１つのパルス当り０．２μｍ移動する移動台を用い
ると、移動台をステッピングモータにより１μｍピツチ
の移動ピッチで動かして焦点調節を行う場合には、Ｊが
５に設定されてテレビジョンカメラからの映像信号は５
つのパルスがステッピングモータへ出力される毎に抽出
される。この移動台の移動ピッチはユニットと呼ばれ、
Ｊ＝５の場合は１ユニット当り５パルスとなる。合焦位
置検索範囲を決定するパラメータＳは例えばＳ＝５０と
設定された場合、焦点調節用原点から５０サンプリング
ポイントの範囲で合焦位置が検索される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記自動合焦装置で
は、テレビジョンカメラからの映像信号を移動ピッチに
対応させて抽出してこの映像信号により焦点調節を行う
ので、１ヵ所の映像信号を得るのに１／２の画面分（１
／６０秒）の時間を必要とし、焦点調節に要する時間は
パラメータＳを例えばＳ＝５０と設定した場合には約１
秒かかり、Ｓ＝１００と設定した場合には約２秒かか
る。しかし、パラメータＳを大きく設定して合焦位置検
索範囲を広く設定した場合には、焦点調節に要する時間
が長くかかり過ぎる。例えば、焦点深度１μｍ程度の光
学系を用い、被写体の挿入バラツキが２００μｍ程度で
移動台の最小分解能が０．１μｍの場合は、０．２μｍ
のピッチ、２００μｍの合焦位置検索範囲で合焦位置を
検出する必要がある。この場合はＳ＝１０００となり、
焦点調節に要する時間は１６秒以上にもなる。本発明は
上記欠点を改善し、焦点調節に要する時間を短縮するこ
とができる自動合焦装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、図１に示すように支持体に
セットされた被写体を光学系を介して撮像して映像信号
を出力する撮像手段１１と、前記支持体と前記光学系と
の一方を移動させる駆動手段１２と、前記撮像手段１１
からの映像信号をサンプリングするための焦点粗調整用
の合焦位置検索範囲および移動ピッチと前記撮像手段１
１からの映像信号をサンプリングするための焦点微調整
用の合焦位置検索範囲および移動ピッチとを任意に設定
するとともに合焦位置検索時の原点となる合焦調節用原
点を設定する設定手段１３と、前記支持体と前記光学系
との一方が前記合焦調節用原点に移動した後一方向に所
定の移動ピッチごとに前記焦点粗調整用の合焦位置検索
範囲内を移動する時、前記撮像手段１１からの映像信号
より前記設定手段１３で設定された焦点粗調整用の移動
ピッチに対応する映像信号をサンプリングして該サンプ
リングした映像信号に基づき前記焦点粗調整用の合焦位
置検索範囲内における合焦位置を検出する焦点粗調整手
段１４と、前記支持体と前記光学系との一方が前記焦点
粗調整用の合焦位置検索範囲内を移動した時と同じ方向
に前記設定手段１３で任意に設定された前記焦点微調整
用の移動ピッチごとに前記焦点微調整用の合焦位置検索
範囲内を移動する時、前記撮像手段１１からの映像信号
より前記設定手段１３で設定された焦点微調整用の移動
ピッチに対応する映像信号をサンプリングして該サンプ
リングした映像信号に基づき前記焦点微調整用の合焦位
置検索範囲内における合焦位置を検出する焦点微調整手
段１５と、前記駆動手段１２により前記支持体と前記光
学系との一方を移動させる場合に前記支持体と前記光学
系との一方を停止する位置よりバックラッシュ量以上前
記焦点粗調整用の合焦位置検索範囲内を移動した時とは
逆方向に移動させてから前記焦点粗調整用の合焦位置検
索範囲内を移動したときと同じ方向に戻させ所定の位置
に停止させるバックラッシュ除去手段とを備えたもので
ある。請求項２記載の発明は、支持体にセットされた被
写体を光学系を介して撮像して映像信号を出力する撮像
手段と、前記支持体と前記光学系との一方を移動させる
駆動手段と、前記撮像手段からの映像信号をサンプリン
グするための焦点粗調整用の合焦位置検索範囲および移
動ピッチと前記撮像手段からの映像信号をサンプリング
するための焦点微調整用の合焦位置検索範囲および移動
ピッチとを任意に設定するとともに合焦位置検索時の原
点となる合焦調節用原点を設定する設定手段と、前記支
持体と前記光学系との一方が前記合焦調節用原点に移動
した後一方向に所定の移動ピッチごとに前記焦点粗調整
用の合焦位置検索範囲内を移動する時、前記撮像手段か
らの映像信号より前記設定手段で設定された焦点粗調整
用の移動ピッチに対応する映像信号をサンプリングして
該サンプリングした映像信号に基づき前記焦点粗調整用
の合焦位置検索範囲内における合焦位置を検出する焦点
粗調整手段と、前記支持体と前記光学系との一方が前記
焦点粗調整用の合焦位置検索範囲内を移動した時と同じ
方向に前記設定手段で任意に設定された前記焦点微調整
用の移動ピッチごとに前記焦点微調整用の合焦位置検索
範囲内を移動する時、前記撮像手段からの映像信号より
前記設定手段で設定された焦点微調整用の移動ピッチに
対応する映像信号をサンプリングして該サンプリングし
た映像信号に基づき前記焦点微調整用の合焦位置検索範
囲内における合焦位置を検出する焦点微調整手段と、前
記駆動手段により前記支持体と前記光学系との一方を移
動させる場合に前記支持体と前記光学系との一方を停止
する位置よりバックラッシュ量以上前記焦点粗調整用の
合焦位置検索範囲内を移動した時とは逆方向に移動させ
てから前記焦点粗調整用の合焦位置検索範囲内を移動し
たときと同じ方向に戻させ所定の位置に停止させるバッ
クラッシュ除去手段とを備えた自動合焦装置における合
焦調整方法であって、初期時、前記支持体と前記光学系
との一方を、前記バックラッシュ除去手段により焦点調
整用原点よりバックラッシュ量以上移動させてから前記
焦点調整用原点に戻す工程と、前記支持体と前記光学系
の一方を前記一方向に移動させ、前記撮像手段からの映
像信号を前記焦点粗調整用の合焦位置検索範囲内で前記
焦点粗調整用の移動ピッチごとにサンプリングし、該サ
ンプリングした映像信号に基づき前記支持体と前記光学
系の一方の前記焦点粗調整用の合焦位置検索範囲内での
合焦位置を検出し、前記支持体と前記光学系との一方を
前記バックラッシュ除去手段によりバックラッシュ量以
上移動させてから前記焦点粗調整用の合焦位置検索範囲
内での前記被写体に対する合焦位置まで移動させ停止さ
せる工程と、前記支持体と前記光学系との一方が前記焦
点粗調整用の合焦位置検索範囲内での合焦位置に移動し
た後、前記支持体と前記光学系との一方を前記焦点粗調
整用の合焦位置検索範囲内を移動した時と同じ方向に移
動させ、前記撮像手段からの映像信号を前記焦点微調整
用の合焦位置検索範囲内で前記焦点微調整用の移動ピッ
チごとにサンプリングし、該サンプリングした映像信号
に基づき前記支持体と前記光学系の一方の前記焦点微調
整用の合焦位置検索範囲内での合焦位置を検出し、前記
支持体と前記光学系との一方を前記バックラッシュ除去
手段によりバックラッシュ量以上移動させてから前記焦
点微調整用の合焦位置検索範囲内での合焦位置まで移動
させ停止させる工程とを有することを特徴とする。請求
項３記載の発明は、請求項１記載の自動合焦装置におい
て、最小移動ピッチは焦点深度の１／５〜１／１０に設
定されているものである。 請求項４記載の発明は、請求
項２記載の自動合焦装置における合焦調整方法におい
て、最小移動ピッチは焦点深度の１／５〜１／１０に設
定されていることを特徴とする。

【０００５】

【作用】請求項１記載の発明では、撮像手段１１が支持
体にセットされた被写体を光学系を介して撮像して映像
信号を出力し、前記支持体と前記光学系との一方が駆動
手段１３により移動させられる。撮像手段１１からの映
像信号をサンプリングするための焦点粗調整用の合焦位
置検索範囲および移動ピッチと，撮像手段１１からの映
像信号をサンプリングするための焦点微調整用の合焦位
置検索範囲および移動ピッチとが設定手段１３により任
意に設定されるとともに合焦位置検索時の原点となる合
焦調節用原点が設定手段１３により設定される。焦点粗
調整手段１４は前記支持体と前記光学系との一方が前記
合焦調節用原点に移動した後一方向に所定の移動ピッチ
ごとに前記焦点粗調整用の合焦位置検索範囲内を移動す
る時、撮像手段１１からの映像信号より設定手段１３で
設定された焦点粗調整用の移動ピッチに対応する映像信
号をサンプリングして該サンプリングした映像信号に基
づき前記焦点粗調整用の合焦位置検索範囲内における合
焦位置を検出する。焦点微調整手段１５は前記支持体と
前記光学系との一方が前記焦点粗調整用の合焦位置検索
範囲内を移動した時と同じ方向に前記設定手段１３で任
意に設定された前記焦点微調整用の移動ピッチごとに前
記焦点微調整用の合焦位置検索範囲内を移動する時、撮
像手段１１からの映像信号より設定手段１３で設定され
た焦点微調整用の移動ピッチに対応する映像信号をサン
プリングして該サンプリングした映像信号に基づき前記
焦点微調整用の合焦位置検索範囲内における合焦位置を
検出する。バックラッシュ除去手段は駆動手段１２によ
り前記支持体と前記光学系との一方を移動させる場合に
前記支持体と前記光学系との一方を停止する位置よりバ
ックラッシュ量以上前記焦点粗調整用の合焦位置検索範
囲内を移動した時とは逆方向に移動させてから前記焦点
粗調整用の合焦位置検索範囲内を移動したときと同じ方
向に戻させ所定の位置に停止させる。請求項３記載の発
明では、請求項１記載の自動合焦装置において、最小移
動ピッチは焦点深度の１／５〜１／１０に設定される。

【０００６】

【実施例】図２は本発明の一実施例を示す。基台２１に
は被写体２２がセットされ、光学系支持体２３が基台２
１に固定される。被写体２２は例えば工場の自動生産ラ
インにおいて、検査や組み付けの対象となる部品からな
り、基台２１上に自動的にセットされる。光学系支持体
２３には固定台２４が固定され、この固定台２４に移動
台２５がＺ軸方向へ移動可能に取り付けられる。この移
動台２５には対物レンズ２６を有する顕微鏡からなる光
学系２７及びテレビジョンカメラからなる撮像装置２８
が一体に固定され、光学系２７は基台２１上に載置され
た被写体２２を対物レンズ２６を介して観察部２９より
観察することができるものである。テレビジョンカメラ
２８は基台２１上に載置された被写体２２を対物レンズ
２６を介して（光学系２７を介して）撮像して映像信号
に変換する。ステッピングモータ３０は顕微鏡２７を光
軸方向（Ｚ軸方向）へ移動させてその焦点調節を行い得
るように固定台２４に取り付けられ、モータ駆動回路３
１により駆動されて光学系２７及びテレビジョンカメラ
２８をＺ軸方向へ移動させる。焦点調節部３２は後述す
るようにホストコンピュータ３３からの信号に基づいて
テレビジョンカメラ２８からの映像信号より光学系２７
の被写体２２に対する合焦位置を検出してこの合焦位置
に応じた出力信号をモータ駆動回路３１に出力し、モー
タ駆動回路３１が焦点調節部３２の出力信号によりステ
ッピングモータ３０を駆動して光学系２７及びテレビジ
ョンカメラ２８をＺ軸方向へ移動させることにより焦点
調節を行う。また、モニタ用受像機３４はテレビジョン
カメラ２８からの映像信号が焦点調節部３２を介して入
力され、被写体２２を表示する。

【０００７】テレビジョンカメラ２８からの映像信号は
図３に示すようにゲート回路３５において検出域設定部
３６からの信号により特定の検出域内の信号が選択的に
通過し、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）３７により高周波
成分のみが取り出される。このＨＰＦ３７の出力信号は
ピークホールド回路３８によりピークが検出されて保持
されることにより高周波成分の量が検出され、Ａ／Ｄ変
換器３９によりＡ／Ｄ変換されて焦点調節部３２へ出力
される。

【０００８】図４は上記焦点調節部３２の構成を示す。
焦点調節部３２はマイクロコンピュータを用いて構成さ
れ、機能的には制御部４０，メモリ４１，合焦位置検出
部４２，バックラッシュ除去部４３，オフセット補正部
４４を有する。メモリ４１の内容はＡ／Ｄ変換器３９か
らの各撮像位置の信号により順次に更新され、このメモ
リ４１内の信号がバックラッシュ除去部４３により移動
台２５のバックラッシュ量移動され、また、オフセット
補正部４４により設定したオフセット値だけ移動され
る。このオフセットは焦点調節部３２の合焦位置と人間
の目による合焦位置とのずれに応じて設定された値であ
る。合焦位置検出部４２はバックラッシュによる影響及
びオフセットが除去された映像信号から被写体２２の合
焦位置を検出する。この合焦位置検出部４２の検出結果
（出力信号）と光学系２７の位置との関係は図５に示す
ようになり、合焦位置検出部４２の検出結果は光学系２
７の位置が合焦位置のときに最大となって光学系２７の
位置が合焦位置より離れるに従って次第に小さくなる。

【０００９】次に、焦点調節部３２について詳細に説明
する。焦点調節部３２は移動台２５を制御するために２
つのパラメータＪ，Ｓを用いている。Ｊは焦点調節動作
時における移動台２５の移動ピッチを決定する。図６の
目盛ａは移動台２５が停止して被写体２２の撮像を行う
位置を示し、この目盛ａの間隔を決定するパラメータが
Ｊである。例えば、本実施例ではステッピングモータ３
０を駆動する１つのパルス当り０．２μｍ移動する移動
台２５を用いると、移動台２５をステッピングモータ３
０により１μｍピツチの移動ピッチで動かして焦点調節
を行う場合には、ホストコンピュータ３３によりＪを５
に設定して不揮発性のメモリ４１に格納する。これによ
り焦点調節部３２はテレビジョンカメラ２８からの映像
信号を５つのパルスがステッピングモータ３０へ出力さ
れる毎にとり込む。この移動台２５の移動ピッチをユニ
ットと呼ぶ。Ｊ＝５の場合は１ユニット当り５パルスと
なる。Ｓは合焦位置検索範囲を決定するパラメータであ
り、図６に示すようにホストコンピュータ３３によりＳ
＝５０と設定してメモリ４１に格納した場合、焦点調節
用原点から５０サンプリングポイントの範囲で合焦位置
を検索する。

【００１０】焦点調節の精度は光学系２７の焦点深度と
移動台２５の分解能によって左右され、光学系２７の焦
点深度は光学系２７の倍率が大きいほど浅くなって光学
系２７のＦナンバーが小さいほど浅くなる。したがつ
て、精度良く焦点調節をするためには、移動台２５の移
動量が光学系２７の焦点深度を考慮した量となるように
Ｊの値を設定しなければならない。例えば、本実施例で
は図７に示すように１ユニット当りのパルス数Ｊは光学
系２７の焦点深度の幅（ピントの合う範囲）が５〜１０
ユニットになるように設定する。また、ステッピングモ
ータ３０を１パルス分だけ動かした場合の移動台２５の
移動量が光学系２７の焦点深度の１／５〜１／１０以下
になるような移動台２５を使用する。１ユニット当りの
パルス数Ｊを設定する場合には、まず、光学系２７の焦
点深度Ｄを求める。幾何学的に求めた焦点深度Ｄはおお
よそ次式のようになる。 Ｌ：カメラ２７の水平方向長（２／３゛ＣＣＤの場合
８．８ｍｍ） ｑ：水平解像度 ｍ：光学系２７の倍率 ＮＡ：開口数 光学系２７のＦ値が分かっている場合には

【００１１】次に、ステッピングモータ３０を１パルス
分だけ動かした場合の移動台２５の移動量ΔＺを次式で
求める。 また、１ユニット当りのパルス数ＪはＤの１／５〜１／
１０程度となるようにする。 １ユニットに付き移動台２５がＪ・ΔＺ移動することを
考慮してＺ軸方向のワーク２２のばらつきより大きくな
るように設定する。

【００１２】また、この実施例ではパラメータＯを設定
する。このパラメータＯはワーク２２によって異なり、
図８に示すようにこの実施例による合焦位置と人間の目
による合焦位置とのずれに相当するオフセット値に設定
される。光学系２７は実施例による合焦位置よりパラメ
ータＯだけずれて停止し、これによりこの実施例による
合焦位置と人間の目による合焦位置とのずれが補正され
る。

【００１３】さらに、この実施例では使用する移動台２
５のバックラッシュ量以上になるようにバックラッシュ
除去動作量Ｂを設定し、焦点調節動作時に移動台２５の
バックラッシュを除去するような動作を行なう。しか
も、焦点調節動作は焦点粗調整と焦点微調整との２段階
の動作を行う。図９に示すように電源がオンした時には
光学系２７は位置が不定（任意）であるので、．現在
位置Ａから焦点調節用原点より上側の位置Ｂまで一旦戻
り、．それから焦点調節用原点である原点位置Ｃに戻
ることにより移動台２５のバックラッシュに影響されず
に正確に原点位置Ｃに戻る。次に、被写体２２の着脱時
には．光学系２７が位置Ｃから被写体挿入位置より一
定量だけ右側の位置（図１２に示すように以後Ｚ軸方向
を左右方向という）に退避され、その後．元の位置Ｃ
に戻る。焦点調節時には．粗い移動ピッチでピントが
合わされた後に細かい移動ピッチでピントが合わされ
る。この場合、光学系２７は合焦位置よりも（Ｏ＋Ｂ）
ユニットだけ右側の位置Ｅに一旦戻り、それから合焦位
置よりＯユニットだけ右側の位置Ｆまで移動して停止す
ることにより移動台２５のバックラッシュに影響されず
に正確に合焦位置よりＯユニットだけ右側の位置Ｆに停
止する。被写体２２が前と異なる新しいものである場合
には、光学系２７は．一旦位置Ｃに戻り、それから上
記動作を行う。また、同一の被写体２２に再度焦点調
節を行う場合には、．細かい移動ピッチでのピント合
わせのみが行われる。このように、光学系２７は必ず右
側にＢユニットだけ余分に移動してから左側にＢユニッ
トだけ移動することにより移動台２５のバックラッシュ
に影響されなくなる。

【００１４】図１０に示すように原点センサＯＲＧは移
動台２５が原点に位置することを検知し、焦点調節用原
点ＡＦＯＲＧは光学系２７の焦点調節用原点である。原
点センサＯＲＧの検知位置に対して焦点調節用原点ＡＦ
ＯＲＧの位置とは焦点検出を行う必要のない範囲を除外
するため一定の距離だけ離れており、また、リミットセ
ンサＬ１，Ｌ２は移動台２５が移動範囲の上限位置（図
１２で右側），下限位置（図１２で左側）に達したこと
を検知する。図１２に示すように上記の動作では、電
源がオンした時には光学系２７は位置が不定（任意）で
あるので、右方向（図２で上側），左方向（図２で下
側）のいずれか一方に動かされ、移動台２５が原点に戻
ったことが原点センサＯＲＧにより検知されて光学系２
７が現在位置Ａから焦点調節用原点より例えばＢユニッ
トだけ右側の位置Ｂまで一旦戻される。この場合、図１
１に示すように移動台２５が原点とは反対の方向へ移動
してもリミットスイッチＬ１，Ｌ２のいずれかが移動台
２５を検知することにより移動台２５の移動方向が反転
され、移動台２５が原点に戻ったことが原点センサＯＲ
Ｇにより検知される。上記の動作では、上記のよう
に、原点センサＯＲＧを用いてもよいし、移動台２５の
原点と焦点調節用原点との間の距離が実験により予め分
かっている場合には、移動台２５が移動台２５の原点よ
りＢユニットだけ右側の位置からその距離だけ移動する
ことにより光学系２７が位置Ｂに移動する。上記の動
作では、光学系２７が位置Ｃから予め定められた被写体
挿入位置より一定量だけ右側の位置に退避され、上記
の動作では、光学系２７が元の位置Ｃに戻る。

【００１５】上記の動作では、被写体２２にピントが
合わせられるが、まず、パラメータＪ，Ｓとして焦点粗
調整用パラメータＪＰ，ＳＰを用いて被写体２２にピン
トが合わせられ、しかる後、パラメータＪ，Ｓとして焦
点微調整用パラメータＪＦ，ＳＦを用いて被写体２２に
ピントが合わせられる。この場合、光学系２７が位置Ｃ
から焦位置検索範囲ＳＰのユニット数だけ離れた位置Ｄ
まで移動させながらカメラ２８からの映像信号がＪＰ個
のパルスがステッピングモータ３０へ出力される毎にサ
ンプリングされる。そして、このサンプリングされた映
像信号から光学系２７のピントが最も合う合焦位置が計
算され、光学系２７が上記位置Ｄから合焦位置よりも
（ＯＰ＋ＢＰ）ユニットだけ右側の位置Ｅに一旦戻さ
れ、それから合焦位置よりもＯ（ＯＰ）ユニットだけ右
側の位置Ｆまで移動させられて停止する。次に、光学系
２７は位置Ｆから焦位置検索範囲ＳＦのユニット数／２
だけ離れた位置Ｈより更にＢＦユニットだけ右側の位置
Ｇまで一旦戻され、それから位置Ｈに移動させられる。
そして、光学系２７が位置Ｈから焦位置検索範囲ＳＦの
ユニット数だけ離れた位置Ｉまで移動させながらカメラ
２８からの映像信号がＪＦ個のパルスがステッピングモ
ータ３０へ出力される毎にサンプリングされる。このサ
ンプリングされた映像信号から光学系２７のピントが最
も合う合焦位置が計算され、光学系２７が上記位置Ｉか
ら合焦位置よりも（ＯＦ＋ＢＦ）ユニットだけ右側の位
置Ｋに一旦戻され、それから合焦位置よりもＣＦユニッ
トだけ右側の位置Ｌまで移動させられて停止する。上記
の動作では、光学系２７が一旦位置Ｃに戻され、次の
被写体２２の挿入（セット）の準備が行われる。の動
作は同一の被写体２２に再度焦点調節を行う場合に行わ
れ、の動作における焦点微調整が行われる。

【００１６】図１３はマイクロコンピュータを用いて構
成された焦点調節部３２の処理フローを示す。焦点調節
部３２は操作者によってホストコンピュータ３３から与
えられる信号により上記パラメータＪＰ，ＳＰ，ＯＰ，
ＢＰが移動台２５の移動ピッチ，バックラッシュ量や光
学系２７の焦点深度、この実施例による合焦位置と人間
の目による合焦位置とのずれ等に応じて設定されてこれ
らを不揮発性のメモリ４１に格納する。焦点調節部３２
はパラメータＪＰ，ＳＰ，ＯＰ，ＢＰの設定後に焦点粗
調節動作を開始し、モータ駆動回路３１を介してステッ
ピングモータ３０を駆動して移動台２５を移動させるこ
とによって光学系２７を現在位置Ａから原点より（ＳＰ
／２＋Ｂ）ユニットだけ右側の位置Ｂまで一旦戻し、そ
れから原点よりＳＰ／２ユニットだけ右側の位置Ｃに戻
す。次に、焦点調節部３２は光学系２７を原点よりＰ／
２ユニットだけ右側の位置Ｃから焦点位置検索範囲ＳＰ
のユニット数だけ離れた位置Ｄまで移動させながらカメ
ラ２８からの映像信号をＪＰ個のパルスがステッピング
モータ３０へ出力される毎にサンプリングして取り込
む。そして、焦点調節部３２はその取り込んだ映像信号
から光学系２７のピントが最も合う合焦位置を計算す
る。次に、焦点調節部３２は光学系２７を上記位置Ｄか
ら合焦位置よりも（Ｏ＋Ｂ）ユニットだけ右側の位置Ｅ
に一旦戻し、それから合焦位置よりもＯユニットだけ右
側の位置Ｆまで移動させて停止させる。

【００１７】次に、焦点調節部３２は操作者によってホ
ストコンピュータ３３から与えられるコマンドにより上
記パラメータＪＦ，ＳＦ，ＯＦ，ＢＦが移動台２５の移
動ピッチ，バックラッシュ量や光学系２７の焦点深度、
この実施例による合焦位置と人間の目による合焦位置と
のずれ等に応じて設定されてこれらを不揮発性のメモリ
４１に格納する。ここに、ＯＦ，ＢＦは焦点微調整用の
パラメータである。焦点調節部３２はパラメータＪＰ，
ＳＰ，ＯＦ，ＢＦの設定後に焦点微調節動作を開始し、
モータ駆動回路３１を介してステッピングモータ３０を
駆動して移動台２５を移動させることによって光学系２
７を現在位置Ｆから位置Ｇまで一旦戻し、それから位置
Ｈに移動させる。次に、焦点調節部３２は光学系２７を
位置Ｈから焦点位置検索範囲ＳＦのユニット数だけ離れ
た位置Ｉまで移動させながらカメラ２８からの映像信号
をＪＦ個のパルスがステッピングモータ３０へ出力され
る毎にサンプリングして取り込む。そして、焦点調節部
３２はその取り込んだ映像信号から光学系２７のピント
が最も合う合焦位置を計算する。次に、焦点調節部３２
は光学系２７を上記位置Ｉから合焦位置よりも（Ｏ＋
Ｂ）ユニットだけ右側の位置Ｋに一旦戻し、それから合
焦位置よりもＯユニットだけ右側の位置Ｌまで移動させ
て停止させる。

【００１８】この実施例では、パラメータＪ，Ｓにより
移動台２５の移動範囲、焦点位置検索範囲を任意に設定
できるので、光学系２７の倍率や移動台２５の移動ピッ
チが変わってもパラメータＪ，Ｓの変更で対応すること
ができ、各用途に柔軟に対応することが可能になる。ま
た、パラメータＯをこの実施例による合焦位置と人間の
目による合焦位置とのずれに応じて設定してその分だけ
光学系２７をずらせるようにしたので、この実施例によ
る合焦位置と人間の目による合焦位置とを合わせること
が可能となる。また、パラメータＢを任意に設定して移
動台２５のバックラッシュによる影響を除去するように
したので、移動台２５のバックラッシュに影響されなく
なる。さらに、焦点粗調整，焦点微調整を２段階に行う
ので、焦点調節をすばやく行うことができる。例えば、
焦点深度１μｍ程度の光学系を用い、被写体の挿入バラ
ツキが２００μｍ程度で移動台の最小分解能が０．１μ
ｍの場合は、粗い移動ピッチで広い範囲にわたって合焦
位置を検索し（例えばＪＰ＝４０，ＳＰ＝５０に設定し
て４μｍのピッチで２００μｍの範囲にわたって合焦位
置を検索し）、更にその中でコントラストが高いところ
を中心に細かい移動ピッチで合焦位置を検索すれば（例
えばＪＦ＝２，ＳＦ＝５０に設定して０．２μｍのピッ
チで１０μｍの範囲にわたって合焦位置を検索すれ
ば）、約２秒でピントを合わせることができる。なお、
上記パラメータＯは正負の値を設定でき、上記パラメー
タＢはＯ以上の値を設定できる。また、上記実施例では
光学系２７およびカメラ２８を移動させたが、光学系２
７およびカメラ２８を固定して基台２１をステッピング
モータ３０で移動させるようにしてもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の発明によれ
ば、支持体にセットされた被写体を光学系を介して撮像
して映像信号を出力する撮像手段と、前記支持体と前記
光学系との一方を移動させる駆動手段と、前記撮像手段
からの映像信号をサンプリングするための焦点粗調整用
の合焦位置検索範囲および移動ピッチと前記撮像手段か
らの映像信号をサンプリングするための焦点微調整用の
合焦位置検索範囲および移動ピッチとを任意に設定する
とともに合焦位置検索時の原点となる合焦調節用原点を
設定する設定手段と、前記支持体と前記光学系との一方
が前記合焦調節用原点に移動した後一方向に所定の移動
ピッチごとに前記焦点粗調整用の合焦位置検索範囲内を
移動する時、前記撮像手段からの映像信号より前記設定
手段で設定された焦点粗調整用の移動ピッチに対応する
映像信号をサンプリングして該サンプリングした映像信
号に基づき前記焦点粗調整用の合焦位置検索範囲内にお
ける合焦位置を検出する焦点粗調整手段と、前記支持体
と前記光学系との一方が前記焦点粗調整用の合焦位置検
索範囲内を移動した時と同じ方向に前記設定手段で任意
に設定された前記焦点微調整用のピッチごとに前記焦点
微調整用の合焦位置検索範囲内を移動する時、前記撮像
手段からの映像信号より前記設定手段で設定された焦点
微調整用の移動ピッチに対応する映像信号をサンプリン
グして該サンプリングした映像信号に基づき前記焦点微
調整用の合焦位置検索範囲内における合焦位置を検出す
る焦点微調整手段と、前記駆動手段により前記支持体と
前記光学系との一方を移動させる場合に前記支持体と前
記光学系との一方を停止する位置よりバックラッシュ量
以上前記焦点粗調整用の合焦位置検索範囲内を移動した
時とは逆方向に移動させてから前記焦点粗調整用の合焦
位置検索範囲内を移動したときと同じ方向に戻させ所定
の位置に停止させるバックラッシュ除去手段とを備えた
ので、焦点調節を２段階の焦点粗調整，焦点微調整です
ばやく行うことができ、焦点調節に要する時間を短縮す
ることができ、かつ、バックラッシュに影響されなくな
る。請求項２記載の発明によれば、支持体にセットされ
た被写体を光学系を介して撮像して映像信号を出力する
撮像手段と、前記支持体と前記光学系との一方を移動さ
せる駆動手段と、前記撮像手段からの映像信号をサンプ
リングするための焦点粗調整用の合焦位置検索範囲およ
び移動ピッチと前記撮像手段からの映像信号をサンプリ
ングするための焦点微調整用の合焦位置検索範囲および
移動ピッチとを任意に設定するとともに合焦位置検索時
の原点となる合焦調節用原点を設定する設定手段と、前
記支持体と前記光学系との一方が前記合焦調節用原点に
移動した後一方向に所定の移動ピッチごとに前記焦点粗
調整用の合焦位置検索範囲内を移動する時、前記撮像手
段からの映像信号より前記設定手段で設定された焦点粗
調整用の移動ピッチに対応する映像信号をサンプリング
して該サンプリングした映像信号に基づき前記焦点粗調
整用の合焦位置検索範囲内における前記被写体に対する
合焦位置を検出する焦点粗調整手段と、前記支持体と前
記光学系との一方が前記焦点粗調整用の合焦位置検索範
囲内を移動した時と同じ方向に前記設定手段で任意に設
定された前記焦点微調整用の移動ピッチごとに前記焦点
微調整用の合焦位置検索範囲内を移動する時、前記撮像
手段からの映像信号より前記設定手段で設定された焦点
微調整用の移動ピッチに対応する映像信号をサンプリン
グして該サンプリングした映像信号に基づき前記焦点微
調整用の合焦位置検索範囲内における合焦位置を検出す
る焦点微調整手段と、前記駆動手段により前記支持体と
前記光学系との一方を移動させる場合に前記支持体と前
記光学系との一方を停止する位置よりバックラッシュ量
以上前記焦点粗調整用の合焦位置検索範囲内を移動した
時とは逆方向に移動させてから前記焦点粗調整用の合焦
位置検索範囲内を移動したときと同じ方向に戻させ所定
の位置に停止させるバックラッシュ除去手段とを備えた
自動合焦装置における合焦調整方法であって、初期時、
前記支持体と前記光学系との一方を、前記バックラッシ
ュ除去手段により焦点調整用原点よりバックラッシュ量
以上移動させてから前記焦点調整用原点に戻す工程と、
前記支持体と前記光学系の一方を前記一方向に移動さ
せ、前記撮像手段からの映像信号を前記焦点粗調整用の
合焦位置検索範囲内で前記焦点粗調整用の移動ピッチご
とにサンプリングし、該サンプリングした映像信号に基
づき前記支持体と前記光学系の一方の前記焦点粗調整用
の合焦位置検索範囲内での合焦位置を検出し、前記支持
体と前記光学系との一方を前記バックラッシュ除去手段
によりバックラッシュ量以上移動させてから前記焦点粗
調整用の合焦位置検索範囲内での合焦位置まで移動させ
停止させる工程と、前記支持体と前記光学系との一方が
前記焦点粗調整用の合焦位置検索範囲内での合焦位置に
移動した後、前記支持体と前記光学系との一方を前記焦
点粗調整用の合焦位置検索範囲内を移動した時と同じ方
向に移動させ、前記撮像手段からの映像信号を前記焦点
微調整用の合焦位置検索範囲内で前記焦点微調整用の移
動ピッチごとにサンプリングし、該サンプリングした映
像信号に基づき前記支持体と前記光学系の一方の前記焦
点微調整用の合焦位置検索範囲内での合焦位置を検出
し、前記支持体と前記光学系との一方を前記バックラッ
シュ除去手段によりバックラッシュ量以上移動させてか
ら前記焦点微調整用の合焦位置検索範囲内での合焦位置
まで移動させ停止させる工程とを有するので、焦点調節
を２段階の焦点粗調整，焦点微調整ですばやく行うこと
ができ、焦点調節に要する時間を短縮することができ、
かつ、バックラッシュに影響されなくなる。請求項３記
載の発明によれば、請求項１記載の自動合焦装置におい
て、最小移動ピッチは焦点深度の１／５〜１／１０に設
定されているので、合焦精度を高める上で有効である。
請求項４記載の発明によれば、請求項２記載の自動合焦
装置における合焦調整方法において、最小移動ピッチは
焦点深度の１／５〜１／１０に設定されているので、合
焦精度を高める上で有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例を示す概略図である。

【図３】同実施例の一部を示すブロックである。

【図４】同実施例の焦点調節部を示すブロック図であ
る。

【図５】同実施例の合焦検出部の検出結果と光学系位置
との関係を示す特性曲線図である。

【図６】同実施例のパラメータＪを説明するための図で
ある。

【図７】同実施例のパラメータＪ，Ｓを説明するための
図である。

【図８】同実施例のパラメータＯを説明するための図で
ある。

【図９】同実施例の動作を示す図である。

【図１０】同実施例のセンサ配置を示す図である。

【図１１】同実施例を説明するための図である。

【図１２】同実施例の動作を説明するための図である。

【図１３】同実施例における焦点調節部の焦点粗調整・
焦点微調整用処理フローを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１１ 撮像手段 １２ 駆動手段 １３ 設定手段 １４ 焦点粗調整手段 １５ 焦点微調整手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 7/28 H04N 5/232

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支持体にセットされた被写体を光学系を介
   して撮像して映像信号を出力する撮像手段と、前記支持
   体と前記光学系との一方を移動させる駆動手段と、前記
   撮像手段からの映像信号をサンプリングするための焦点
   粗調整用の合焦位置検索範囲および移動ピッチと前記撮
   像手段からの映像信号をサンプリングするための焦点微
   調整用の合焦位置検索範囲および移動ピッチとを任意に
   設定するとともに合焦位置検索時の原点となる合焦調節
   用原点を設定する設定手段と、前記支持体と前記光学系
   との一方が前記合焦調節用原点に移動した後一方向に所
   定の移動ピッチごとに前記焦点粗調整用の合焦位置検索
   範囲内を移動する時、前記撮像手段からの映像信号より
   前記設定手段で設定された焦点粗調整用の移動ピッチに
   対応する映像信号をサンプリングして該サンプリングし
   た映像信号に基づき前記焦点粗調整用の合焦位置検索範
   囲内における合焦位置を検出する焦点粗調整手段と、前
   記支持体と前記光学系との一方が前記焦点粗調整用の合
   焦位置検索範囲内を移動した時と同じ方向に前記設定手
   段で任意に設定された前記焦点微調整用の移動ピッチご
   とに前記焦点微調整用の合焦位置検索範囲内を移動する
   時、前記撮像手段からの映像信号より前記設定手段で設
   定された焦点微調整用の移動ピッチに対応する映像信号
   をサンプリングして該サンプリングした映像信号に基づ
   き前記焦点微調整用の合焦位置検索範囲内における合焦
   位置を検出する焦点微調整手段と、前記駆動手段により
   前記支持体と前記光学系との一方を移動させる場合に前
   記支持体と前記光学系との一方を停止する位置よりバッ
   クラッシュ量以上前記焦点粗調整用の合焦位置検索範囲
   内を移動した時とは逆方向に移動させてから前記焦点粗
   調整用の合焦位置検索範囲内を移動したときと同じ方向
   に戻させ所定の位置に停止させるバックラッシュ除去手
   段とを備えたことを特徴とする自動合焦装置。
2. 【請求項２】支持体にセットされた被写体を光学系を介
   して撮像して映像信号を出力する撮像手段と、前記支持
   体と前記光学系との一方を移動させる駆動手段と、前記
   撮像手段からの映像信号をサンプリングするための焦点
   粗調整用の合焦位置検索範囲および移動ピッチと前記撮
   像手段からの映像信号をサンプリングするための焦点微
   調整用の合焦位置検索範囲および移動ピッチとを任意に
   設定するとともに合焦位置検索時の原点となる合焦調節
   用原点を設定する設定手段と、前記支持体と前記光学系
   との一方が前記合焦調節用原点に移動した後一方向に所
   定の移動ピッチごとに前記焦点粗調整用の合焦位置検索
   範囲内を移動する時、前記撮像手段からの映像信号より
   前記設定手段で設定された焦点粗調整用の移動ピッチに
   対応する映像信号をサンプリングして該サンプリングし
   た映像信号に基づき前記焦点粗調整用の合焦位置検索範
   囲内における前記被写体に対する合焦位置を検出する焦
   点粗調整手段と、前記支持体と前記光学系との一方が前
   記焦点粗調整用の合焦位置検索範囲内を移動した時と同
   じ方向に前記設定手段で任意に設定された前記焦点微調
   整用の移動ピッチごとに前記焦点微調整用の合焦位置検
   索範囲内を移動する時、前記撮像手段からの映像信号よ
   り前記設定手段で設定された焦点微調整用の移動ピッチ
   に対応する映像信号をサンプリングして該サンプリング
   した映像信号に基づき前記焦点微調整用の合焦位置検索
   範囲内における合焦位置を検出する焦点微調整手段と、
   前記駆動手段により前記支持体と前記光学系との一方を
   移動させる場合に前記支持体と前記光学系との一方を停
   止する位置よりバックラッシュ量以上前記焦点粗調整用
   の合焦位置検索範囲内を移動した時とは逆方向に移動さ
   せてから前記焦点粗調整用の合焦位置検索範囲内を移動
   したときと同じ方向に戻させ所定の位置に停止させるバ
   ックラッシュ除去手段とを備えた自動合焦装置における
   合焦調整方法であって、 初期時、前記支持体と前記光学系との一方を、前記バッ
   クラッシュ除去手段により焦点調整用原点よりバックラ
   ッシュ量以上移動させてから前記焦点調整用原点に戻す
   工程と、前記支持体と前記光学系の一方を前記一方向に
   移動させ、前記撮像手段からの映像信号を前記焦点粗調
   整用の合焦位置検索範囲内で前記焦点粗調整用の移動ピ
   ッチごとにサンプリングし、該サンプリングした映像信
   号に基づき前記支持体と前記光学系の一方の前記焦点粗
   調整用の合焦位置検索範囲内での合焦位置を検出し、前
   記支持体と前記光学系との一方を前記バックラッシュ除
   去手段によりバックラッシュ量以上移動させてから前記
   焦点粗調整用の合焦位置検索範囲内での合焦位置まで移
   動させ停止させる工程と、前記支持体と前記光学系との
   一方が前記焦点粗調整用の合焦位置検索範囲内での合焦
   位置に移動した後、前記支持体と前記光学系との一方を
   前記焦点粗調整用の合焦位置検索範囲内を移動した時と
   同じ方向に移動させ、前記撮像手段からの映像信号を前
   記焦点微調整用の合焦位置検索範囲内で前記焦点微調整
   用の移動ピッチごとにサンプリングし、該サンプリング
   した映像信号に基づき前記支持体と前記光学系の一方の
   前記焦点微調整用の合焦位置検索範囲内での合焦位置を
   検出し、前記支持体と前記光学系との一方を前記バック
   ラッシュ除去手段によりバックラッシュ量以上移動させ
   てから前記焦点微調整用の合焦位置検索範囲内での合焦
   位置まで移動させ停止させる工程とを有することを特徴
   とする自動合焦装置における合焦調整方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の自動合焦装置において、最
   小移動ピッチは焦点深度の１／５〜１／１０に設定され
   ていることを特徴とする自動合焦装置。
4. 【請求項４】請求項２記載の自動合焦装置における合焦
   調整方法において、最小移動ピッチは焦点深度の１／５
   〜１／１０に設定されていることを特徴とする自動合焦
   装置における合焦調整方法。