JPH0618771A - 拡大倍率撮像装置におけるオートフォーカス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被写体のコントラストが低い場合にも速やか
に合焦させる。 【構成】 一対の結像レンズ15R 、15L のそれぞれを、
対物レンズ12を透過した光束の結像面内の互いに異なる
位置に設けると共に、この一対の結像レンズ15R、15L
の各結像面に撮像素子16R 、16L を設け、これら撮像素
子16R 、16L からの映像信号に基づき、重心位置演算部
17によって、各映像信号が示す映像の各々の重心位置を
演算させ、演算された重心位置に基づいて補正演算部18
により焦点位置の補正量と補正方向とを演算させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学顕微鏡を用いた撮
像装置等のように拡大倍率による撮像を行う撮像装置に
係り、より詳細には、その撮像装置におけるオートフォ
ーカス装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ピント合わせを自動で行うことにより検
査装置を自動化するオートフォーカス装置として、従来
では、撮像素子から得られる映像信号に基づいて輝度ヒ
ストグラムを作成すると共に輝度ヒストグラムから輝度
分布（図８(a) の91により示す) を作成し、そしてこの
輝度分布を２分割する。そして後、各輝度分布毎に正規
分布を求める (求められた正規分布を破線92、93により
示す) 。そしてこの正規分布の重なる部分94が最小とな
るように光学系レンズを駆動することにより合焦させる
装置 (特開昭63-10117) 、あるいは図９(a) に示すよう
に、輝度分布から標準偏差（分散）95を求め、この値が
最大となるように光学系レンズを移動させることにより
合焦させる装置が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記装置
を用いて、液晶基板等のように、硝子板を透過する画像
を被写体として合焦させようとする場合、硝子板内部で
生じる光の拡散の影響によって第３の分布等が生じるこ
ととなり、その輝度分布に基づく輝度ヒストグラムは、
うまく２分割できない輝度ヒストグラムとなる。そのた
め正規分布が得られないという事態が生じ、合焦しない
という問題を生じていた。

【０００４】また標準偏差に基づいて合焦させる装置で
は、上記拡散による影響で輝度が広い範囲に分散する
（コントラストが低下する）ため、焦点位置を移動させ
た場合にも分散に大きな変化が生じないことから、合焦
が困難になるという問題を生じていた。

【０００５】また上記装置の双方は、光学系レンズの焦
点位置を移動させながら、その都度の値に基づいて合焦
ずれの検出を行っていることから、一度は合焦位置を通
り過ぎた後、再び合焦位置に戻す動作が不可欠となる
（図８(b) 、図９(b) によって合焦に至る経過を示
す）。そのため、合焦に至るまでには時間を要するとい
う問題を生じていた。

【０００６】本発明は上記課題を解決するため創案され
たものであり、その目的は、被写体のコントラストが低
い場合にも速やかに合焦させることのできる拡大倍率撮
像装置におけるオートフォーカス装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明に係る拡大倍率撮像装置におけるオートフォーカ
ス装置は、それぞれが対物レンズを透過した光束の結像
面に設けられ、且つ結像面における位置が互いに異なる
一対の結像レンズと、これら一対の結像レンズに対応す
る一対の素子であり、それぞれがそれぞれに対応する結
像レンズの結像面に設けられた撮像素子と、これら一対
の撮像素子からの映像信号が示す映像の各々の重心位置
を演算する重心位置演算部と、重心位置演算部によって
演算された重心位置に基づいて焦点位置の補正量と補正
方向とを演算する補正演算部とを備えた構成とする。ま
た補正演算部の出力に従って対物レンズを光軸方向に移
動させるレンズ駆動部を追加した構成とする。

【０００８】

【作用】一対の結像レンズは、対物レンズの結像面内の
互いに異なる位置に設けられていることから、これらの
撮像素子によって撮像される映像は、互いに相関関係が
あると共にその相関関係が合焦位置に対応して変化する
映像となる。そのため重心位置演算部は、互いの相関関
係に基づいて各映像信号により示される映像の重心位置
を演算し、補正演算部は、演算された重心位置から、焦
点位置の補正量と補正方向とを演算する。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明の一実施例について図面を参
照しつつ説明する。図１は、本発明を液晶パネルの検査
を行う検査装置に適用した場合の一実施例の光学的構成
および電気的構成を示すブロック図であり、図２は、同
実施例の光路を示す説明図である。

【００１０】本実施例は、ＴＦＴカラー液晶パネル11の
検査を行うために数10倍の拡大倍率でもってＴＦＴカラ
ー液晶パネル11を撮像する顕微鏡に適用されている。そ
のため数10倍の拡大を行う光学系を形成するための対物
レンズ12は、検査の試料となるＴＦＴカラー液晶パネル
11が検査位置に位置するとき、その前方に位置するよう
に設けられており、この対物レンズ12の後方には、対物
レンズ12を透過した光束を結像させるためのレンズ13
が、対物レンズ12の光軸とその光軸が同一となるように
設けられている。

【００１１】また対物レンズ12を透過した光束がレンズ
13により結像される結像面14には、一対の結像レンズ15
R 、15L が、結像面14において互いに異なる位置に設け
られている。そしてこれら結像レンズ15R 、15L の各々
により結像される結像面には、各結像面に対応する撮像
素子（ＣＣＤ素子が用いられている）16R 、16L が取り
付けられている。

【００１２】なお上記した各レンズ12、13、15R 、15L
および撮像素子16R 、16L は、図示が省略された支持具
を介して基台20に取り付けられており、この基台20は、
レンズ駆動部19の動作に従い、光軸方向に沿って移動す
る構成となっている。

【００１３】一方、撮像素子16R 、16L のそれぞれの出
力は、映像の重心位置の演算 (後にその動作の詳細を説
明する) を行う重心位置演算部17に導かれており、この
重心位置演算部17の出力は、重心位置演算部17の出力に
基づいて焦点位置の補正量および補正方向の演算を行う
補正演算部18に導入されている。そして補正演算部18の
出力は、補正演算部18の出力に従ってレンズ駆動部19を
制御する制御部21に与えられている。

【００１４】図３は、ＴＦＴカラー液晶パネル11の拡大
された部分映像を示す説明図であり、図４は、撮像素子
16R 、16L に結像する映像を示す説明図、図５は、重心
位置演算部17における重心位置の演算の説明のための補
助図である。必要に応じて同図を参照しつつ、以下に本
発明の一実施例の動作について説明する。

【００１５】ＴＦＴカラー液晶パネル11には、図３に示
すように、格子状のパターン31が形成されていることか
ら、このパターン31は、対物レンズ12およびレンズ13に
よって結像面14に結像され、結像レンズ15R 、15L のそ
れぞれによって撮像素子16R、16L の検出面上に再び結
像される。

【００１６】いま基台20の位置がＴＦＴカラー液晶パネ
ル11に対して適切な位置関係にないため合焦位置がずれ
ており、撮像素子16R に結像される映像が、図４の32R
により示す映像であるとすると、撮像素子16L に結像さ
れる映像は、同図の32L に示すように、水平方向におい
てずれの生じた映像となる。これらの映像は、映像信号
として重心位置演算部17に与えられる。

【００１７】重心位置演算部17は、撮像素子16R から送
出された映像信号のうち、破線33Rに沿った映像信号を
取り出すと共に、撮像素子16L から送出された映像信号
の破線33L に沿った映像信号を取り出す。図５の41R
は、上記方法によって撮像素子16R の出力から取り出さ
れた映像信号を示し、41L は同16L からのそれを示して
いる。

【００１８】また重心位置演算部17は、映像信号41R に
現れる映像を示すピーク42から、このピーク42の重心位
置44を演算すると共にピーク43の重心位置45を演算す
る。また映像信号41L についても同様の演算を行い、重
心位置46、47を算出する。

【００１９】なおこの重心位置の算出において重心位置
演算部17は、同図の40により示す波形 (映像信号41R と
41L との合成波形) を参照することによって、映像信号
41R、41L の相関を対応させながら演算する。そしてこ
れらの重心位置44〜47を示す各値は補正演算部18に送出
される。

【００２０】補正演算部18は、重心位置演算部17から与
えられた各値に基づいて、重心位置44と46との差異値4
8、および45と47との差異値49を演算し、演算結果に基
づいて焦点位置の補正量と補正方向とを示すデータを制
御部21する送出する。そのため制御部21は、補正演算部
18から与えられた各値に対応してレンズ駆動部19の制御
を行い、基台20を光軸方向に沿って移動させることによ
り、ＴＦＴカラー液晶パネル11に適合する位置に合焦位
置を移動させる。

【００２１】図６は、合焦位置が適合位置にあるとき撮
像素子16R 、16L から送出される映像信号の映像を示し
ていて、このときには、撮像素子16R からの信号による
映像51R と撮像素子16L からの映像51L とは、その重心
位置の差異値(52 により示す) が値０となる関係にあ
る。

【００２２】また基台20の位置が上記と反対方向にずれ
ている場合には、各撮像素子16R 、16L に結像する映像
は、図７に示す映像61R 、61L となり、互いの映像のず
れ関係が逆となっているが、このときにも、上記と同様
に重心位置演算部17において重心位置の演算が行われ、
演算結果が補正演算部18に送出される。そのため補正演
算部18は、互いの重心位置の差異62に基づいて補正量と
補正方向とを演算し、制御部21を介してレンズ駆動部19
による基台20の移動を行わせ、合焦位置を適合する位置
に移動させる。

【００２３】以上説明したように、本実施例において
は、対物レンズ12、レンズ13、結像レンズ15R 、15L 、
撮像素子16R 、16L からなる光学系を、光軸に沿った方
向に移動させるレンズ駆動部19を設け、補正演算部18よ
り送出される補正量と補正方向とに基づいて光学系を移
動させる構成としているので、速やかに光学系を移動さ
せるための駆動系の構成を簡単にすることが可能となっ
ている。

【００２４】なお本発明は上記実施例に限定されず、重
心位置演算部17については、重心位置の演算において、
合成波形40を参照することにより映像信号41R 、41L の
相関を対応付ける構成とした場合について説明したが、
その他の構成として、映像信号41R と41L との差異を示
す信号50を参照することによって互いの相関を関係付
け、この関係付けられた相関に基づいて重心位置の演算
を行わせる構成とすることが可能である。

【００２５】また重心位置の演算において重心位置演算
部17は、撮像素子16R 、16L から与えられる映像信号の
うち、水平方向33R 、33L に沿った映像信号に基づくこ
とにより、縦方向のパターンによる重心位置の演算を行
う構成とした場合について説明したが、その他の構成と
して、横方向のパターンに基づく演算を行わせる構成、
あるいは斜め方向のパターンに基づく演算を行わせる構
成とすることが可能である。

【００２６】また本発明をＴＦＴカラー液晶パネル11の
検査を行う検査装置に適用した場合について説明した
が、その他の任意の拡大倍率撮像を行う装置として、例
えばＩＣチップの拡大撮像を行う検査装置等にも同様に
適用することが可能である。

【００２７】

【発明の効果】本発明に係る拡大倍率撮像装置における
オートフォーカス装置は、一対の結像レンズのそれぞれ
を、対物レンズを透過した光束の結像面内の互いに異な
る位置に設けると共に、この一対の結像レンズの各結像
面に撮像素子を設け、これら撮像素子からの映像信号に
基づき、重心位置演算部によって、各映像信号が示す映
像の各々の重心位置を演算させ、演算された重心位置に
基づいて補正演算部により焦点位置の補正量と補正方向
とを演算させているので、被写体のコントラストが低い
場合にも速やかに合焦させることが可能となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を液晶パネルの検査を行う検査装置に適
用した場合の一実施例の光学的構成および電気的構成を
示すブロック図である。

【図２】図１に示す実施例の光路を示す説明図である。

【図３】ＴＦＴカラー液晶パネルの拡大された部分映像
を示す説明図である。

【図４】撮像素子によって撮像される映像を示す説明図
である。

【図５】重心位置演算部における重心位置の演算の説明
のための補助図である。

【図６】合焦位置が適合する位置にあるとき撮像素子に
結像する映像を示す説明図である。

【図７】撮像素子に結像する映像を示す説明図である。

【図８】従来技術における合焦位置の演算のための説明
図である。

【図９】従来技術における合焦位置の演算のための説明
図である。

【符号の説明】

12 対物レンズ 14 結像面 15R 、15L 結像レンズ 16R 、16L 撮像素子 17 重心位置演算部 18 補正演算部 19 レンズ駆動部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれが対物レンズを透過した光束の
   結像面に設けられ、且つ前記結像面における位置が互い
   に異なる一対の結像レンズと、 これら一対の結像レンズに対応する一対の素子であり、
   それぞれがそれぞれに対応する前記結像レンズの結像面
   に設けられた撮像素子と、 これら一対の撮像素子からの映像信号が示す映像の各々
   の重心位置を演算する重心位置演算部と、 この重心位置演算部によって演算された重心位置に基づ
   いて焦点位置の補正量と補正方向とを演算する補正演算
   部とを備えたことを特徴とする拡大倍率撮像装置におけ
   るオートフォーカス装置。
2. 【請求項２】 前記補正演算部の出力に従って前記対物
   レンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動部を備えたこ
   とを特徴とする請求項１記載の拡大倍率撮像装置におけ
   るオートフォーカス装置。