JPH06178188A

JPH06178188A - オートフォーカス装置の合焦点捜査方法

Info

Publication number: JPH06178188A
Application number: JP5223814A
Authority: JP
Inventors: Masao Yajima; 正男矢島; Kazuo Higashiura; 一雄東浦
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1992-08-18
Filing date: 1993-08-17
Publication date: 1994-06-24
Anticipated expiration: 2014-09-20
Also published as: JP2950531B2

Abstract

(57)【要約】【目的】オートフォーカス装置を用いた測定装置にお
いて、被測定試料のロット内のデータからロットの分散
を推定し、このロットのスキャン範囲を狭くして、合焦
時間を短くすることである。【構成】オートフォーカス装置を起動してロット内の
所定数の合焦データをメモリする（ステップＳＴ１０〜
ＳＴ１４）。上記データを統計的に処理しロット内の分
散を推定し（ステップＳＴ１５）、スキャン範囲を設定
する（ステップＳＴ１６）。上記範囲に基づいてオート
フォーカスが行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は入力した試料の画像信号
に基づき上記試料に合焦させるオートフォーカス装置に
関し、特にそのオートフォーカス装置の合焦点捜査方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、画像処理装置は、試料の画像を
画像入力装置としてのテレビカメラを通じて取り込み、
取り込まれた画像を処理する装置であり、上記画像入力
装置に上記試料を合焦させるためにオートフォーカス装
置が使用されている。このオートフォーカス装置は、上
記テレビカメラの撮像レンズが、上記テレビカメラで映
し出された試料の像がぼけているときには試料固有の空
間周波数の低周波数成分しか通さず、ピントが合う（合
焦）につれて高周波数成分も通すようになるという撮像
レンズの周波数伝達特性に着目し、このテレビカメラか
らの映像信号の含まれる高周波数成分の量を利用して、
上記試料に合焦点を検出する装置である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって、上記オー
トフォーカス装置では、上記テレビカメラの撮像レンズ
と上記試料との位置を相対的に移動させながら試料の画
像信号を取り込んでいる。従来は、上記オートフォーカ
ス装置の合焦点を捜査する方法として、上記テレビカメ
ラの撮像レンズの位置を移動させるスキャン範囲を予め
設定した範囲を行っていた。その結果、このスキャン範
囲として、試料のバラツキ、全ロットのバラツキをカバ
ーするスキャン範囲を設定する必要があり、合焦時間が
長くなるという問題があった。

【０００４】本発明はこのような従来の問題点を解消す
るためになされたもので、スキャン範囲を変更可能に
し、直前の試料の合焦点データまたは予め定めた数の既
に検出された試料の合焦点データに基づいてスキャン範
囲を設定することにより、オートフォーカス装置の合焦
点の検出を効率良くし、画像処理しようとする試料への
合焦時間を短くする方法を提案することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、画像入力装置により試料の画像信号を入力し、所定
のスキャン範囲を移動するオートフォーカス装置によ
り、上記入力された画像信号に基づき上記画像入力装置
を上記試料に合焦させるに際し、上記試料のロット内の
上記合焦された試料の画像信号からそのロット内の分散
を推定し、この推定した分散から上記オートフォーカス
装置によるロットの上記所定のスキャン範囲を設定する
ことを特徴とするオートフォーカス装置の合焦点捜査方
法を要旨とする。

【０００６】

【作用】複数の試料を有するロット内の測定において
は、ロット内の最初のいくつかの試料の画像データにつ
いてのみ、全ロットの分散（Ｓ_A）を考慮した範囲をス
キャンさせて画像データを得、この合焦点の位置データ
からこのロット内の分散（Ｓ₁）を推定し、このロット
内の分散（Ｓ₁）の範囲でスキャンする。従って、本発
明の方法は、このような考えに基づいたものであり、ス
キャン範囲を変更あるいは狭くでき、合焦点の検出時間
を短縮できる。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。まず、本発明の方法が適用されるオートフォーカ
ス装置が使用される画像処理装置について説明する。こ
の装置は、例えば、デジタル・オーディオ・テープレコ
ーダ（ＤＡＴ）に用いられる磁気ヘッドを検査する画像
処理装置として構成されており、被測定物としての試料
は磁気ヘッドである。

【０００８】図１は、上記磁気ヘッド１を検査する画像
処理装置の一例であり、図において、治具１２の取付台
３の外周部には１８０度間隔で磁気ヘッド１，２がネジ
止めされている。取付台３は、モータ１４によって回動
駆動される治具１２と一体に回動する。

【０００９】治具１２の取付台３の上記磁気ヘッド１，
２に一つに対向させて顕微鏡４が配置されている。顕微
鏡４は、その対物レンズ４１の光軸４２が上記磁気ヘッ
ド１（図３では）の略中心部に位置するように精密なス
テージ６に取り付けられている。顕微鏡４で拡大して見
る試料は磁気ヘッド１，２であり、サブミクロンオーダ
ーの精度で計測することができる。ステージ６には、ま
た顕微鏡４の結像位置に画像入力装置としてのテレビカ
メラ５が取り付けられている。ステージ６は、モータ１
３により上記光軸４２方向に駆動される。

【００１０】テレビカメラ５によって得られる磁気ヘッ
ド１の画像信号は、モニタ８に入力されて磁気ヘッド１
の画像が映しだされると共に、オートフォーカス装置７
に入力される。オートフォーカス装置７は、テレビカメ
ラ５からの画像信号を効率よく、かつ、他からの干渉を
受けることなく画像処理部９に送るためのバッファ７７
と、撮像画面中の合焦させたい部分、即ち、本実施例で
は、磁気ヘッドの合焦させたい部分の画像データだけを
取り出すために必要な部分を設定する検出域及び走査線
設定部７３と、この検出及び走査線設定部７３で設定さ
れた範囲の画像信号のみを通すためのゲート７２と、こ
のゲート７２からの画像信号の中から高周波成分を取り
出すためのハイパスフィルター７４と、このハイパスフ
ィルター７４からの出力信号を図示しないＡ／Ｄ変換器
によりアナログ信号よりデジタル信号に変換させ、この
デジタル信号のデータを記憶させるメモリ７５と、この
メモリ７５の記憶データから合焦点を求め、ステージ６
を移動させるための信号を出力させるオートフォーカス
用制御部７６とを有している。

【００１１】オートフォーカス装置７による合焦方式
は、上述したように、テレビカメラ５の撮像レンズの周
波数伝達特性に着目し、このテレビカメラ５からの映像
信号に含まれる高周波数成分の量（コントラスト）を利
用して、試料としての磁気ヘッドの合焦点を検出する方
法である。

【００１２】図２は、撮像レンズ（対物レンズ）の位置
を移動させながら試料の映像信号に含まれる高周波数成
分の量の変化をオートフォーカス装置７の出力信号の変
化として示したものであり、出力信号は、合焦点におい
て最大となり、これを境にして低下することを示してい
る。したがって、出力信号が最大となる点をみつけるこ
とによって合焦点をみつけることができる。

【００１３】上記オートフォーカス用制御部７６は、ス
テージ６上の顕微鏡４及びテレビカメラ５の移動と共に
テレビカメラの各移動位置での画像のコントラストデー
タをメモリ７５に取り込む。この画像のコントラストデ
ータは、図２に示すように変化するため、この出力信号
（例えば、本実施例では出力電圧）特性から合焦点を検
出し、この検出信号を用いて、モータ１３を駆動してス
テージ６を対物レンズ４１の光軸４２方向に移動させ
る。ステージ６には、顕微鏡４とテレビカメラ５とが取
り付けられているため、ステージ６の移動と共に合焦位
置が変わる。オートフォーカス用制御部７６は、顕微鏡
４が磁気ヘッド１への合焦点に達するまでモータ１３を
駆動してステージ６を移動させることができる。

【００１４】図３は、画像入力装置としてのテレビカメ
ラから入力される磁気ヘッド１（または磁気ヘッド２）
の入力画像を示す。磁気ヘッド１は、ヘッドギャップ２
５を挾んで配置されたセンダスト２３，２３と各センダ
スト２３，２３の各一側に配置されたフェライトコア２
２，２２と、ヘッドギャップ２５の各一端に配置された
一つの頂点としてセンダスト２３とフェライトコア２２
で囲まれた三角形の空間に配置されたガラス２４，２４
とを有してなる。画像入力装置からの上記磁気ヘッドの
画像信号は、画像処理部９に入力され、ヘッドギャップ
２５の位置が一定の点を基準としてＸ−Ｙ座標上の位置
として計測される。

【００１５】上記画像処理部９は、図３に示すような画
像信号から、磁気ヘッド１のフェライトコア２２、ガラ
ス２４及びセンダスト２３と交差するヘッドギャップ２
５の一方の交点の位置を計測する。この計測は、例え
ば、画面枠２０の左隅を原点Ｏとして横軸をＸ、縦軸を
Ｙとしたとき、このＸ−Ｙ座標上で上記ヘッドギャップ
の交点位置を計測することによって行なうことができ
る。また、画像処理部９は、一方の磁気ヘッド１のギャ
ップ位置データをＸ₁，Ｙ₁で、他方の磁気ヘッド２のギ
ャップ位置データをＸ₂，Ｙ₂で表わし、これを次に説明
するシステム制御部１０の中に設けられたメモリ（図示
せず）に記憶させる。

【００１６】システム制御部１０は、治具１２、オート
フォーカス装置７、画像処理部９等を含む全体の制御を
行なうものであり、磁気ヘッド１，２…のギャップ位置
Ｘ₁，Ｙ₁・Ｘ₂，Ｙ₂…を順次、計測する。

【００１７】さて、上述したような磁気ヘッドのギャッ
プ位置を計測する画像処理装置に使用されるオートフォ
ーカス装置７においては、各ロット内の磁気ヘッドのギ
ャップ位置を測定するために、このギャップ位置に合焦
させている。しかし、この測定において、上述したよう
に、オートフォーカス装置７の合焦点の位置の検出で
は、いくつかのバラツキがあり、次にバラツキについて
説明する。試料測定に際してのオートフォーカス装置７
の合焦点のバラツキは、同一の試料を繰返し測定した場
合に生じるバラツキと、ロット内の試料によるバラツキ
と、試料のバラツキに加えてロットの変化まで含んだ全
ロットのバラツキとに、分けることができる。

【００１８】例えば、図４（ａ）は、ロット内の試料に
よるバラツキ（Ｓ₁，Ｓ₂）と、全ロットのバラツキ（Ｓ
_A）を示しており、これは試料としての磁気ヘッドがも
つバラツキを示している。また、図４（ｂ）は、同一試
料を繰返し測定した場合のバラツキ（Ｓ_B）を示してお
り、換言すれば、使用しているオートフォーカス装置７
自体がもつバラツキを示している。なお、図４（ａ），
（ｂ）では、「分散」という用語を使用しているが、こ
れは、データがどの位バラツイテいるかを示す指標であ
り、本発明では、バラツキと同意語として使用してい
る。

【００１９】さて、図４（ａ），（ｂ）から明らかなよ
うに、スキャン範囲を上記した分散を考慮してその都度
変更することにより、合焦点の検出を短時間で行うこと
ができる。即ち、従来は、全ての試料に対し、全ロット
の分散（Ｓ_A）に基づいて、合焦点の位置の検出を行っ
てきたが、複数の試料を有するロット内、即ち同一ロッ
ト内の試料の測定においては、全ロットの分散
（Ｓ_A）、即ち、試料のバラツキに加えてロットの変化
まで含んだ分散は、ほとんど考慮しなくてもよく、ロッ
ト内の最初のいくつかの試料の合焦点の位置データにつ
いてのみ、この全ロットの分散（Ｓ_A）を考慮した範囲
をスキャンさせて合焦点の位置データを得、この合焦点
の位置データからこのロット内の分散（Ｓ₁）を推定
し、このロット内の分散（Ｓ₁）の範囲でスキャンすれ
ば、良いことがわかる。本発明の方法は、このような考
えに基づいたものであり、スキャン範囲を変更あるいは
狭くできるので、合焦点の位置の検出時間を短縮でき
る。

【００２０】このようにしてスキャン範囲を設定するた
め、上記システム制御部（ＣＰＵ）１０は、図５に示す
各ステップで下記のようにしてスキャン範囲の設定変更
を行なう。ＳＴＥＰＩでは、電源投入や試料のロット変
更の入力を行う。ＳＴＥＰIIでは、予め定めたスキャン
範囲、即ち、ロットの変化による分散（Ｓ_A）に基づい
て合焦点の位置の検出を行う。ＳＴＥＰIIIでは、最初
の測定データを中心に、比較的広いスキャン範囲
（Ｓ_A）で数個の試料を測定し、スキャン範囲を設定す
るためのデータをメモリ７５に記憶する。ＳＴＥＰIVで
は、このデータのうち直前の定められた数のデータより
次の測定のためのスキャン範囲（Ｓ₁）を設定し変更す
る。ＳＴＥＰＶでは、このスキャン範囲で１回から定め
られた回数の間、オートフォーカス動作を行いながら、
合焦点の位置のデータを記憶する。

【００２１】図６は、上述した原理に基づく本発明の一
実施例の方法として上記システム制御部１０の具体的動
作の各ステップを示す。ＳＴＥＰ１では、オートフォー
カス装置７が起動される。ＳＴＥＰ２では、オートフォ
ーカス動作が行われる。ＳＴＥＰ３では、合焦点の位置
データｘ（Ｎ）が格納される。この合焦点の位置データ
は上記システム制御部１０内に設けられたリングバッフ
ァ等（図示せず）に配列格納される。

【００２２】ＳＴＥＰ４では、合焦点の位置データｘ
（Ｎ）の個数Ｎを（Ｎ＋１）にする。ＳＴＥＰ５では、
このカウント数Ｎを所定設定値Ｍ（同一スキャン範囲の
繰返し数）とを比較し、Ｎ＜Ｍならば、上記ＳＴＥＰ２
に戻り、オートフォーカス動作が行われる。また、Ｎ＝
Ｍならば、次のＳＴＥＰ６にいく。

【００２３】ＳＴＥＰ６では、得られた合焦点の位置デ
ータｘ（Ｎ）の統計処理が行われ、平均値χ、標準偏差
σ、スキャン範囲Ｒを求める。ＳＴＥＰ７では、スキャ
ン範囲Ｒの変更を行う。例えば、スキャン範囲のスター
ト、エンドをそれぞれＸ_s＝χ−３σ、Ｘ_e＝χ＋３σと
するか、または、Ｘ_s＝χ−Ａ・Ｒ、Ｘ_e＝χ＋Ａ・Ｒ
（ただし、Ａは統計的に算出される数値）とし、これに
基づいてＳＴＥＰ２のオートフォーカス動作のスキャン
範囲を定める。ＳＴＥＰ１７では、上記カウント値Ｎを
（Ｎ−Ｌ）にする。そして、ＳＴＥＰ２に戻る。なお、
Ｌの値は、予め定めた値であり、例えば、「１」とし、
常に、直前のＮ個を参考にしてオートフォーカス動作が
行われるようにする。

【００２４】なお、本発明の方法において、試料の同一
ロット内においても、少数の試料群毎に分散を推定し、
スキャン範囲をより狭くすることもできる。更には、直
前に測定した予め定めた数のデータより直前のスキャン
範囲を逐次求めるようにしてもよい。また、当然のこと
であるが、上述したように、スキャン範囲を変更してい
くが、途中で合焦点の位置の検出ができない場合には、
予め定めたスキャン範囲、即ち、ロットの変化による分
散（Ｓ_A）に基づいて合焦点の検出を行う。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、下
記のような優れた効果が得られる。（ｉ）オートフォーカス動作のスキャン範囲を変更また
は狭くできるので、試料数の多いロットの測定時の合焦
時間を早くできる。（ii）オートフォーカス駆動される高倍率顕微鏡を用い
る場合、従来であると温度変化によりスキャン範囲から
試料の合焦位置がはずれることがあっても、図７からわ
かるように、本発明の方法ではこの点を防止できる。（iii）ロットを変更しても、オートフォーカスの原点
及びスキャン範囲は自動的に設定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法が適用される位置計測装置を示す
ブロック図である。

【図２】上記装置中のオートフォーカス装置によって得
られる信号の例を示す波形図である。

【図３】上記装置中の画像処理部によって得られる画像
の例を示す正面図である。

【図４】上記装置による測定値の分散を示す図である。
（ａ）は、ロット内の試料による分散（Ｓ₁，Ｓ₂）と、
ロットの変化による分散（Ｓ_A）を示す。また（ｂ）
は、同一試料を繰返し測定した場合の分散（Ｓ_B）を示
す。

【図５】本発明の方法の原理的動作説明用のフローチャ
ートである。

【図６】本発明の方法の一実施例を示すフローチャート
である。

【図７】温度変化がある時の本発明の方法における測定
値とスキャン範囲の関係を示す図である。

【符号の説明】

１，２試料（磁気ヘッド）４，５画像入力装置７オートフォーカス装置９画像処理部１０システム制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像入力装置により試料の画像信号を入
力し、所定のスキャン範囲を移動するオートフォーカス
装置により、上記入力された画像信号に基づき上記画像
入力装置を上記試料に合焦させるに際し、上記試料のロ
ット内の上記合焦された試料の画像信号からそのロット
内の分散を推定し、この推定した分散から上記オートフ
ォーカス装置によるロットの上記所定のスキャン範囲を
設定することを特徴とするオートフォーカス装置の合焦
点捜査方法。
【請求項２】請求項１記載のオートフォーカス装置の
合焦点捜査方法において、スキャン範囲の変更の途中で
合焦点の検出ができない場合には、予め定めたスキャン
範囲に基づいて合焦点の検出を行うことを特徴とするオ
ートフォーカス装置の合焦点捜査方法。