JPH0672975B2 - 自動焦点合わせ方法 - Google Patents
自動焦点合わせ方法Info
- Publication number
- JPH0672975B2 JPH0672975B2 JP61154224A JP15422486A JPH0672975B2 JP H0672975 B2 JPH0672975 B2 JP H0672975B2 JP 61154224 A JP61154224 A JP 61154224A JP 15422486 A JP15422486 A JP 15422486A JP H0672975 B2 JPH0672975 B2 JP H0672975B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- brightness
- minimum value
- area
- focus position
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 背景を含む対象物を顕微鏡で拡大すると共にカメラで撮
像し、その場合合焦位置では対象物と背景とのコントラ
ストが最も明瞭であることを利用し、撮像して得られた
画像データを数値処理することにより焦点の合った位置
を求める。
像し、その場合合焦位置では対象物と背景とのコントラ
ストが最も明瞭であることを利用し、撮像して得られた
画像データを数値処理することにより焦点の合った位置
を求める。
本発明は顕微鏡等の光学系の対象物に対する焦点を自動
的に合わせる方法に関する。
的に合わせる方法に関する。
対象物の微細な表面欠陥を顕微鏡により拡大して、その
画像情報により自動で良否判定を行う場合、検査面の焦
点を高精度に合わせることは高品質な画像を得るための
重要なポイントとなる。従来、焦点を合わせるための機
械的な装置については種々提案されている。
画像情報により自動で良否判定を行う場合、検査面の焦
点を高精度に合わせることは高品質な画像を得るための
重要なポイントとなる。従来、焦点を合わせるための機
械的な装置については種々提案されている。
本発明は対象物の凹凸の変化に追従する検査面（対象
物）とその周囲（背景）とのコントラストの明瞭度に着
目し、カメラで撮像して得られた画像データを数値処理
することにより、自動的に焦点を合わせるための方法を
提案するものである。
物）とその周囲（背景）とのコントラストの明瞭度に着
目し、カメラで撮像して得られた画像データを数値処理
することにより、自動的に焦点を合わせるための方法を
提案するものである。
本発明によれば、背景を含む対象物を光学系レンズを通
してカメラにて撮像し、その画像データから輝度に対す
る画素数を表わす輝度ヒストグラムを求め、所定の輝度
範囲内において輝度レベル（ti）を基準に輝度ヒストグ
ラムの輝度分布を２つに分離し、各輝度分布について正
規分布を求め、２つの正規分布の重なる面積（Si）を求
めると共に該面積の最小値（Sx）を求め、対象物に対す
る光学系レンズの距離を変えた場合の前記Sxの変化を求
め該Sx最小となる点を合焦位置として前記距離を設定す
ることを特徴とする自動焦点合わせ方法が提供される。
してカメラにて撮像し、その画像データから輝度に対す
る画素数を表わす輝度ヒストグラムを求め、所定の輝度
範囲内において輝度レベル（ti）を基準に輝度ヒストグ
ラムの輝度分布を２つに分離し、各輝度分布について正
規分布を求め、２つの正規分布の重なる面積（Si）を求
めると共に該面積の最小値（Sx）を求め、対象物に対す
る光学系レンズの距離を変えた場合の前記Sxの変化を求
め該Sx最小となる点を合焦位置として前記距離を設定す
ることを特徴とする自動焦点合わせ方法が提供される。
対象物に対する光学系レンズの距離を変えることは、与
えられた信号に基づいて機械的に行なわれる。カメラで
撮像した画像データの処理はすべて計算機の中で行なわ
れる。
えられた信号に基づいて機械的に行なわれる。カメラで
撮像した画像データの処理はすべて計算機の中で行なわ
れる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について詳細
に説明する。
に説明する。
第１図は本発明の自動焦点合わせ方法を用いる撮像装置
の概略図である。顕微鏡10の台11上にあるテーブル12に
は、撮像すべき対象物13が載せられ、その検査面13aを
照明20の光を利用して対物レンズ14を通じて顕微鏡10で
拡大すると共にTVカメラ15で撮像する。TVカメラ15のス
テージ16は、対物レンズ14を含む光学系を対象物13に対
し合焦するための機械的部分である。TVカメラ15により
撮像して画像信号は計算機のフレームメモリ17に入力さ
れ、デジタル画像に変換された後処理装置18に入力され
る。処理装置18では、後述のように入力された画像信号
から合焦位置を求め、駆動装置19にフィードバックした
信号を与えテスージ16を動かして対象物13に対する顕微
鏡10（TVカメラ15）の焦点を自動的に合わせる。
の概略図である。顕微鏡10の台11上にあるテーブル12に
は、撮像すべき対象物13が載せられ、その検査面13aを
照明20の光を利用して対物レンズ14を通じて顕微鏡10で
拡大すると共にTVカメラ15で撮像する。TVカメラ15のス
テージ16は、対物レンズ14を含む光学系を対象物13に対
し合焦するための機械的部分である。TVカメラ15により
撮像して画像信号は計算機のフレームメモリ17に入力さ
れ、デジタル画像に変換された後処理装置18に入力され
る。処理装置18では、後述のように入力された画像信号
から合焦位置を求め、駆動装置19にフィードバックした
信号を与えテスージ16を動かして対象物13に対する顕微
鏡10（TVカメラ15）の焦点を自動的に合わせる。
第２図は合焦を目的とする対象物と光学系（レンズ）と
の関係を示すもので、光学系は対象物13から距離ｘだけ
離れた地点Pxにあるものと仮定する。また、この光学系
の焦点深度をｌとし、Pxからｌだけ離れた地点をPx+L,P
x-Lとする。いま点Pxにある光学系レンズにより結像さ
れた像を、光学系について対象物13と反対側にあるカメ
ラ15にて撮像し、計算機のフレームメモリ17に記録後、
このフレームメモリ17の画像データから、第３図に示す
ような入力画像の輝度ヒストグラムを作成する。この輝
度ヒストグラムは輝度レベル（例えば256レベル）に対
する画素数（総画素数は例えば256×256）で表わしてい
る。この輝度ヒストグラムは、対象物と背景とのおおま
かな輝度の相違により、極小値があらわれる。そこでこ
の分布曲線の極小値すなわち谷を与える輝度レベルv1,v
2,…vn（ただし、v1＜v2＜…＜vn）を求め （Ｐは一般的には10程度）とし、LLを下限Lhを上限とす
る範囲Ｌ内のすべての輝度レベルtiに対して、レベルti
を基準に輝度分布を２つの分布、クラス１とクラス２に
分離し、第４図のように各クラスの正規分布を求め、両
クラス1,2の重なる部分の面積S1を順次求める。この２
つの正規分布は、それぞれ一方が背景、他方が対象物の
分布を表わしているとみなすことができるから入力画像
のコントラストが良いほど、すなわち対象物に合焦して
いるほど２つの分布は離れ重なる部分の面積Siが小さく
なる。このことから、第５図に示すように面積Siの最小
値を求め、この点Pxにおける最小面積Sxとし、更に光学
系の可動範囲内でこのSxが最小となる点を合焦位置とす
ればよい。
の関係を示すもので、光学系は対象物13から距離ｘだけ
離れた地点Pxにあるものと仮定する。また、この光学系
の焦点深度をｌとし、Pxからｌだけ離れた地点をPx+L,P
x-Lとする。いま点Pxにある光学系レンズにより結像さ
れた像を、光学系について対象物13と反対側にあるカメ
ラ15にて撮像し、計算機のフレームメモリ17に記録後、
このフレームメモリ17の画像データから、第３図に示す
ような入力画像の輝度ヒストグラムを作成する。この輝
度ヒストグラムは輝度レベル（例えば256レベル）に対
する画素数（総画素数は例えば256×256）で表わしてい
る。この輝度ヒストグラムは、対象物と背景とのおおま
かな輝度の相違により、極小値があらわれる。そこでこ
の分布曲線の極小値すなわち谷を与える輝度レベルv1,v
2,…vn（ただし、v1＜v2＜…＜vn）を求め （Ｐは一般的には10程度）とし、LLを下限Lhを上限とす
る範囲Ｌ内のすべての輝度レベルtiに対して、レベルti
を基準に輝度分布を２つの分布、クラス１とクラス２に
分離し、第４図のように各クラスの正規分布を求め、両
クラス1,2の重なる部分の面積S1を順次求める。この２
つの正規分布は、それぞれ一方が背景、他方が対象物の
分布を表わしているとみなすことができるから入力画像
のコントラストが良いほど、すなわち対象物に合焦して
いるほど２つの分布は離れ重なる部分の面積Siが小さく
なる。このことから、第５図に示すように面積Siの最小
値を求め、この点Pxにおける最小面積Sxとし、更に光学
系の可動範囲内でこのSxが最小となる点を合焦位置とす
ればよい。
そこで、第５図の点Pxにおける最小面積SXを求めた手順
と同様にして、光学系を対象物（13）に対して焦点深度
ｌだけ上下に移動させ、点PX-L,点Px+Lにおける最小面
積SX-L,SX+Lを求める。なお、この焦点深度ｌは経験上
知られる既知の値を使用することができる。いま光学系
と対象物の間の距離と各距離における最小面積SXとの関
係は、第６図に示すように合焦位置Ｆを中心、焦点深度
ｌの２倍（2l）巾をもつ谷型の分布を示すから、SX-L,S
X,SX+Lの大小を比較し、点Pxに対する合焦位置Ｆの方向
を予測することができる。すなわち、第５図のようにS
X-L＜SX＜SX+Lの関係にあれば、合焦位置Ｆは点Pxより
もっと対象物（L3）から離れた位置にあり、逆にSX-L＞
SX＞SX+Lであればもっと対象物（L3）に近い位置に存在
する。
と同様にして、光学系を対象物（13）に対して焦点深度
ｌだけ上下に移動させ、点PX-L,点Px+Lにおける最小面
積SX-L,SX+Lを求める。なお、この焦点深度ｌは経験上
知られる既知の値を使用することができる。いま光学系
と対象物の間の距離と各距離における最小面積SXとの関
係は、第６図に示すように合焦位置Ｆを中心、焦点深度
ｌの２倍（2l）巾をもつ谷型の分布を示すから、SX-L,S
X,SX+Lの大小を比較し、点Pxに対する合焦位置Ｆの方向
を予測することができる。すなわち、第５図のようにS
X-L＜SX＜SX+Lの関係にあれば、合焦位置Ｆは点Pxより
もっと対象物（L3）から離れた位置にあり、逆にSX-L＞
SX＞SX+Lであればもっと対象物（L3）に近い位置に存在
する。
また、あらかじめ合焦点位置Ｆ−ｌ〜Ｆ＋ｌ内でのSXの
ばらつき△Ｓをサンプリングにより設定しておき、 |SX−SX-L|≦△Ｓ又は|SX−SX+L| ≦△Ｓ ……（１） の関係を満たせばSXを合焦位置とする。
ばらつき△Ｓをサンプリングにより設定しておき、 |SX−SX-L|≦△Ｓ又は|SX−SX+L| ≦△Ｓ ……（１） の関係を満たせばSXを合焦位置とする。
式（１）を満たさない場合、 合焦位置Ｆが点Pxより対象物から離れている場合、 ｉ）SX+2Lを算出する。
ii）|Sn+2L−SX+L|≦△Ｓを満たせば、 SX+2Lが合焦位置とする。
iii）|SX+2L−SX+L|≧△Ｓならｘ＝ｘ＋ｌとしｉ）にも
どる。
どる。
合焦位置Ｆが点Pxより対象物に近い場合 ｉ）SX+2Lを算出する。
ii）|Sx-2L−SX-L|≦△Ｓを満たせば、 SX-2Lが合焦位置とする。
iii）|SX-2L−SX-L|≧△Ｓならｘ＝ｘ＋ｌとしｉ）にも
どる。
どる。
以上のようにすれば、対象物13に対する光学系合焦位置
を効率的に発見することができる。
を効率的に発見することができる。
なお、上記の実施例では、面積Siの最小値SXを求めるの
に、LL〜Lhのすべての輝度レベルを対象範囲とし、第５
図のような曲線を得て最小値SXを求めていたが、第３図
における輝度ヒストグラムの分布から見つけたすべての
谷 （vL〜vn）を候補点に、その谷の前後（通常は±10レベ
ル）だけに限定し、Pxが高輝度レベル側にあるか低輝度
レベル側にあるかを判断することで、処理量を減らし処
理を高速化することが期待できる。
に、LL〜Lhのすべての輝度レベルを対象範囲とし、第５
図のような曲線を得て最小値SXを求めていたが、第３図
における輝度ヒストグラムの分布から見つけたすべての
谷 （vL〜vn）を候補点に、その谷の前後（通常は±10レベ
ル）だけに限定し、Pxが高輝度レベル側にあるか低輝度
レベル側にあるかを判断することで、処理量を減らし処
理を高速化することが期待できる。
以上に述べたように、対象物とその背景との間のコント
ラストを利用し、カメラで撮像した画像データを数値処
理することで迅速に合焦位置が求められ、鮮明な画像を
得ることができる。
ラストを利用し、カメラで撮像した画像データを数値処
理することで迅速に合焦位置が求められ、鮮明な画像を
得ることができる。
第１図は本発明の自動焦点合わせ方法を用いた撮像装置
の概略図、第２図は対象物と光学系との位置関係を示す
図、第３図は画像データの輝度ヒストグラム、第４図は
輝度ヒストグラムの２つのクラスの正規分布、第５図は
２つの正規分布の重なる面積Siの変化を示す図、第６図
は光学系と対象物の間の距離に対す最小面積SXの変化を
示す図である。 10……顕微鏡、13……対象物、 14……対物レンズ、15……TVカメラ、 16……ステージ、17……フレームメモリ、 18……処理装置、19……駆動装置。
の概略図、第２図は対象物と光学系との位置関係を示す
図、第３図は画像データの輝度ヒストグラム、第４図は
輝度ヒストグラムの２つのクラスの正規分布、第５図は
２つの正規分布の重なる面積Siの変化を示す図、第６図
は光学系と対象物の間の距離に対す最小面積SXの変化を
示す図である。 10……顕微鏡、13……対象物、 14……対物レンズ、15……TVカメラ、 16……ステージ、17……フレームメモリ、 18……処理装置、19……駆動装置。
Claims (1)
- 【請求項１】背景を含む対象物を光学系レンズを通して
カメラにて撮像し、その画像データから輝度に対する画
素数を表わす輝度ヒストグラムを求め、所定の輝度範囲
内において輝度レベル（ti）を基準に輝度ヒストグラム
の輝度分布を２つに分離し、各輝度分布について正規分
布を求め、２つの正規分布の重なる面積（Si）を求める
と共に該面積の最小値（Sx）を求め、対象物に対する光
学系レンズの距離を変えた場合の前記最小値（Sx）の変
化を求め該最小値（Sx）が最小となる点を合焦位置とし
て前記光学系レンズの距離を設定することを特徴とする
自動焦点合わせ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61154224A JPH0672975B2 (ja) | 1986-07-02 | 1986-07-02 | 自動焦点合わせ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61154224A JPH0672975B2 (ja) | 1986-07-02 | 1986-07-02 | 自動焦点合わせ方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6310117A JPS6310117A (ja) | 1988-01-16 |
| JPH0672975B2 true JPH0672975B2 (ja) | 1994-09-14 |
Family
ID=15579561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61154224A Expired - Lifetime JPH0672975B2 (ja) | 1986-07-02 | 1986-07-02 | 自動焦点合わせ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0672975B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4322032B2 (ja) * | 2003-03-28 | 2009-08-26 | 株式会社フローベル | オートフォーカス装置およびオートフォーカス方法 |
| WO2004111621A1 (en) * | 2003-06-19 | 2004-12-23 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Analysis apparatus and method comprising auto-focusing means |
| JP5172204B2 (ja) * | 2007-05-16 | 2013-03-27 | 大塚電子株式会社 | 光学特性測定装置およびフォーカス調整方法 |
-
1986
- 1986-07-02 JP JP61154224A patent/JPH0672975B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6310117A (ja) | 1988-01-16 |
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