JPH08122623A - Autofocusing device - Google Patents
Autofocusing deviceInfo
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- JPH08122623A JPH08122623A JP26381094A JP26381094A JPH08122623A JP H08122623 A JPH08122623 A JP H08122623A JP 26381094 A JP26381094 A JP 26381094A JP 26381094 A JP26381094 A JP 26381094A JP H08122623 A JPH08122623 A JP H08122623A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はオートフォーカス装置に
係り、特にステージ上に載置された被写体をＣＣＤ等の
撮像素子を用いて撮像する検査装置等に適用されるオー
トフォーカス装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an autofocus device, and more particularly to an autofocus device applied to an inspection device for picking up an image of a subject placed on a stage using an image pickup device such as a CCD.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、この種のオートフォーカス装置
は、特開平５−８０２４６号公報、及び特開平５−２３
６３１５号公報で知られている。前記特開平５−８０２
４６号公報記載のオートフォーカス装置は、光源１から
の光をビームスプリッタ８で被写体９２に向けて照射
し、その反射光をビームスプリッタ８及びナイフエッジ
ミラー９１を介して光電変換素子７の受光面に入射さ
せ、この光電変換素子７で得られる光強度分布に基づい
て焦点合わせを行う、いわゆる位相法を適用している。2. Description of the Related Art Conventionally, an autofocus device of this type has been disclosed in JP-A-5-80246 and JP-A-5-23.
It is known from Japanese Patent No. 6315. JP-A-5-802
In the autofocus device described in Japanese Patent Publication No. 46, the light from the light source 1 is emitted toward the subject 92 by the beam splitter 8, and the reflected light is transmitted through the beam splitter 8 and the knife edge mirror 91 to the light receiving surface of the photoelectric conversion element 7. The so-called phase method is applied, in which the light is incident on the laser beam and is focused on the basis of the light intensity distribution obtained by the photoelectric conversion element 7.
【０００３】また、前記特開平５−２３６３１５号公報
記載のオートフォーカス装置は、被写体Ｈの映像信号か
らコントラストのピーク値、及びピーク値に応じた位置
を求め、そのピーク値並びにピーク値に応じた位置に基
づいて顕微鏡１の対物レンズを自動設定する、いわゆる
コントラスト法を適用している。The autofocus device described in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 5-236315 obtains a peak value of contrast and a position corresponding to the peak value from the image signal of the subject H, and then determines the peak value and the peak value. A so-called contrast method, which automatically sets the objective lens of the microscope 1 based on the position, is applied.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、位相法
及びコントラスト法によるオートフォーカス装置は、撮
影レンズや撮像素子とは別に光電変換素子が必要なの
で、構造が複雑になると共に、高価になるという欠点が
ある。また、一般的に位相法によるオートフォーカス装
置は、被写体光を途中で分岐して光電変換素子に導かな
ければならないので、被写体光の光量が損失するという
欠点がある。However, the autofocus device based on the phase method and the contrast method requires a photoelectric conversion element in addition to the taking lens and the image pickup element, and thus has a drawback that the structure becomes complicated and the cost becomes high. is there. Further, in general, an autofocus device based on the phase method has a drawback that the light amount of the subject light is lost because the subject light has to be branched in the middle and guided to the photoelectric conversion element.
【０００５】コントラスト法によるオートフォーカス装
置は、コントラスト出力の最大値の検出に時間がかかる
ので、焦点合わせに時間がかかるという欠点がある。本
発明は、このような事情に鑑みて成されたもので、構造
が簡単で焦点合わせを迅速に行うことができるオートフ
ォーカス装置を提供することを目的とする。The autofocus device using the contrast method has a drawback that it takes time to focus because it takes time to detect the maximum value of the contrast output. The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an autofocus device having a simple structure and capable of performing focusing quickly.
【０００６】[0006]
【課題を解決する為の手段】本発明は、前記目的を達成
する為に、被写体が載置されるステージと、前記被写体
を撮像素子に結像させる撮影レンズと、前記ステージを
前記撮影レンズの光軸方向に進退移動させて前記被写体
の撮影距離を可変する駆動部と、前記撮影レンズの光軸
に対して所定角度傾斜して配置され、前記被写体に斜め
方向から光を照射する照明部と、前記撮像素子から出力
された信号を映像信号に変換して出力する画像処理部
と、前記画像処理部から出力された映像信号に基づい
て、前記被写体で反射した前記照明部の光の重心位置を
検出する光重心位置検出部と、前記被写体の合焦時にお
ける基準重心位置が予め設定され、該基準重心位置に対
する前記光重心位置検出部で検出された測定重心位置の
位置ズレ量を演算し、この位置ズレ量が零となるように
前記駆動部を制御する制御部と、から成ることを特徴と
している。In order to achieve the above object, the present invention provides a stage on which a subject is placed, a photographing lens for forming an image of the subject on an image sensor, and the stage including the photographing lens. A drive unit that moves back and forth in the direction of the optical axis to change the shooting distance of the subject, and an illumination unit that is disposed at a predetermined angle with respect to the optical axis of the taking lens and that illuminates the subject from an oblique direction. An image processing unit that converts a signal output from the image sensor into a video signal and outputs the video signal; and a barycentric position of light of the illumination unit reflected by the subject based on the video signal output from the image processing unit. The optical center-of-gravity position detecting section for detecting the reference center-of-gravity position at the time of focusing of the subject is preset, and the position shift amount of the measured center-of-gravity position detected by the optical center-of-gravity position detecting section with respect to the reference center-of-gravity position is calculated. , Positional deviation amount of is characterized in that it consists of a control unit for controlling the driving unit so that the zero.
【０００７】[0007]
【作用】請求項１記載の発明によれば、ステージ上に載
置された被写体に向けて照明部から光を照射し、被写体
からの反射光を撮影レンズを介して撮像素子で撮像す
る。そして、撮像素子から出力される信号を画像処理部
で映像信号に変換し、この映像信号を光重心位置検出部
に出力する。光重心位置検出部は、前記被写体から反射
した照明部の光の重心位置を検出する。そして、制御部
は、予め設定された基準重心位置に対する前記光重心位
置検出部で検出された測定重心位置の位置ズレ量を演算
すると共に、この位置ズレ量が零となるように駆動部を
制御する。これにより、ステージは駆動部によって前記
位置ズレ量が零となる位置まで移動されるので、被写体
の焦点が合う。According to the first aspect of the invention, the illumination unit irradiates the subject placed on the stage with light, and the reflected light from the subject is imaged by the image sensor through the photographing lens. Then, the signal output from the image pickup device is converted into a video signal by the image processing unit, and this video signal is output to the optical center-of-gravity position detection unit. The optical center-of-gravity position detector detects the position of the center of gravity of the light of the illumination unit reflected from the subject. Then, the control unit calculates the positional deviation amount of the measured barycentric position detected by the optical barycentric position detection unit with respect to the preset reference barycentric position, and controls the drive unit so that the positional deviation amount becomes zero. To do. As a result, the stage is moved by the drive unit to a position where the positional deviation amount becomes zero, so that the subject is in focus.
【０００８】請求項２記載の発明は、前記撮影レンズの
横倍率と、該撮影レンズの光軸に対する前記照明部の投
光角度とに基づいて、前記位置ズレ量を算出するように
したものである。According to a second aspect of the present invention, the positional deviation amount is calculated based on a lateral magnification of the photographing lens and a projection angle of the illuminating section with respect to an optical axis of the photographing lens. is there.
【０００９】[0009]
【実施例】以下添付図面に従って本発明に係るオートフ
ォーカス装置の好ましい実施例について詳説する。図１
は、本発明に係るオートフォーカス装置が適用された検
査装置の実施例を示す構造図である。同図に示す検査装
置は、検査対象物である被写体１０を載置するステージ
１２を有し、このステージ１２の上方には被写体１０を
撮影する撮影レンズ１４と、該撮影レンズ１４によって
被写体像がその受光面に結像されるＣＣＤ１６が固定設
置されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of an autofocus device according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. FIG.
FIG. 3 is a structural diagram showing an embodiment of an inspection device to which the autofocus device according to the present invention is applied. The inspection apparatus shown in FIG. 1 has a stage 12 on which an object 10 to be inspected is placed, and an imaging lens 14 for taking an image of the object 10 is provided above the stage 12, and an object image is taken by the imaging lens 14. The CCD 16 for forming an image on the light receiving surface is fixedly installed.
【００１０】前記ステージ１２は、ガイドポール１８に
よって撮影光軸２０方向に進退移動可能に支持されると
共に、モータ２２によって回転駆動されるリードスクリ
ュウ２４によって前記光軸２０方向に進退移動されるよ
うになっている。これにより、モータ２２を駆動させる
とステージ１２が図中矢印Ａ、Ｂで示すように上下方向
に移動するので、被写体１０の撮影距離を可変すること
ができる。前記モータ２２は、モータードライバ２６に
よってその回転量が制御されており、また、モータード
ライバ２６は後述するＣＰＵ２８によってモータ２２に
出力する回転量が制御されている。The stage 12 is supported by a guide pole 18 so as to be movable back and forth in the optical axis 20 direction, and is also moved forward and backward in the optical axis 20 direction by a lead screw 24 which is rotationally driven by a motor 22. Has become. As a result, when the motor 22 is driven, the stage 12 moves in the vertical direction as indicated by arrows A and B in the figure, so that the shooting distance of the subject 10 can be changed. The rotation amount of the motor 22 is controlled by a motor driver 26, and the rotation amount output to the motor 22 of the motor driver 26 is controlled by a CPU 28 described later.
【００１１】前記ステージ１２の上方には光源３０が設
置される。この光源３０は、撮影光軸２０に対して所定
角度（θ）傾斜して配置され、前記被写体１０に斜め方
向からスポット光を照射するようになっている。一方、
前記ＣＣＤ１６から出力される電圧信号は、画像処理装
置３２に出力される。画像処理装置３２は、前記電圧信
号を映像信号に変換し、この映像信号をモニタＴＶ３
４、及び光重心位置検出装置３６に出力する。モニタＴ
Ｖ３４上では、被写体１０が撮影距離Ｄの位置、即ち合
焦位置にある時には、被写体像が鮮明に表示され、ま
た、被写体１０から反射した光源３０のスポット光は、
ＣＣＤ１６の受光面の中央部に結像され、モニタＴＶ３
４上では画面の中心部Ｐに表示される。被写体１０が合
焦位置にない場合には、前記スポット光はＣＣＤ１６の
中央部からズレた位置で受光されるので、モニタＴＶ３
４上では中央部Ｐからズレた位置に表示される。A light source 30 is installed above the stage 12. The light source 30 is arranged so as to be inclined at a predetermined angle (θ) with respect to the photographing optical axis 20, and irradiates the subject 10 with spot light from an oblique direction. on the other hand,
The voltage signal output from the CCD 16 is output to the image processing device 32. The image processing device 32 converts the voltage signal into a video signal, and the video signal is monitored by the monitor TV 3.
4 and the optical center of gravity position detection device 36. Monitor T
On the V34, when the subject 10 is at the position of the shooting distance D, that is, the in-focus position, the subject image is clearly displayed, and the spot light of the light source 30 reflected from the subject 10 is
An image is formed on the central portion of the light receiving surface of the CCD 16, and the monitor TV 3
4 is displayed in the center P of the screen. When the subject 10 is not in the in-focus position, the spot light is received at a position displaced from the central portion of the CCD 16, so the monitor TV 3
4 is displayed at a position displaced from the central portion P.
【００１２】前記光重心位置検出装置３６は、画像処理
装置３２から出力された映像信号に基づいて、被写体１
０で反射した光源１０のスポット光の重心位置を検出す
る。この重心位置を示す情報は、前述したＣＰＵ２８に
出力される。前記ＣＰＵ２８は、被写体１０の合焦時に
おける基準重心位置（本実施例では、画像の中央位置）
が予め設定されている。また、ＣＰＵ２８は、この基準
重心位置と光重心位置検出装置３６で検出された測定重
心位置とに基づいて、基準重心位置に対する測定重心位
置の位置ズレ量（＝ディフォーカス量）を演算し、この
位置ズレ量が零となるように、即ち撮影距離Ｄの位置に
ステージ１２が位置するようにモータードライバ２６を
制御している。The optical center-of-gravity position detecting device 36 detects the subject 1 based on the video signal output from the image processing device 32.
The position of the center of gravity of the spot light of the light source 10 reflected by 0 is detected. The information indicating the position of the center of gravity is output to the CPU 28 described above. The CPU 28 causes the reference gravity center position when the subject 10 is in focus (in the present embodiment, the center position of the image).
Is preset. Further, the CPU 28 calculates the amount of positional deviation (= defocus amount) of the measured barycentric position from the reference barycentric position based on the reference barycentric position and the measured barycentric position detected by the optical barycentric position detection device 36. The motor driver 26 is controlled so that the amount of positional deviation becomes zero, that is, the stage 12 is positioned at the position of the photographing distance D.
【００１３】次に、前記ＣＰＵ２８によるディフォーカ
ス量の算出方法について図２を参照しながら説明する。
ここで、図中ｘは、被写体１０のディフォーカス量を示
す。また、符号ｙは、スポット光の基準照射位置（合焦
時に於ける照射位置であり、図１において符号Ｐ0 で示
す位置）に対する実際の照射位置（被写体１０が合焦位
置にない場合の照射位置であり、例えば図３において符
号Ｐ1 の位置）の横ズレ量を示す。更に、ｙ´は、スポ
ット光の基準受光位置（合焦時における結像位置であ
り、本実施例ではＣＣＤ受光面の中央部）に対する実際
の受光位置（被写体１０が合焦位置にない場合のスポッ
ト光の受光位置）の横ズレ量を示す。Next, a method of calculating the defocus amount by the CPU 28 will be described with reference to FIG.
Here, x in the drawing indicates the defocus amount of the subject 10. Reference numeral y indicates the actual irradiation position (irradiation when the subject 10 is not at the in-focus position) with respect to the reference irradiation position of the spot light (the irradiation position at the time of focusing, which is the position indicated by reference numeral P 0 in FIG. 1). The position is a position, for example, the lateral shift amount of the position P 1 in FIG. 3). Further, y'is the actual light receiving position (when the subject 10 is not at the in-focus position) with respect to the reference light receiving position of the spot light (the image forming position at the time of focusing, which is the central portion of the CCD light receiving surface in this embodiment). The horizontal deviation amount of the spot light receiving position) is shown.
【００１４】前記ディフォーカス量ｘと横ズレ量ｙと
は、スポット光の投光角度をθとすると、ｔａｎθ＝ｙ
／ｘ …（１）の関係にある。また、横
ズレ量ｙとｙ´は、撮影レンズ１４の横倍率の絶対値を
βとすると、β＝ｙ´／ｙ …
（２）の関係にある。The defocus amount x and the lateral shift amount y are tan θ = y, where θ is the projection angle of the spot light.
/ X ... (1). Further, the lateral shift amounts y and y ′ are β = y ′ / y ... Where the absolute value of the lateral magnification of the taking lens 14 is β.
There is a relationship of (2).
【００１５】従って、ディフォーカス量ｘは、前記
（１）、（２）式から、ｘ＝（ｙ´／β）・ｃｏｔθ
…（３）で導くことができる。次に、前記の如く構
成されたオートフォーカス装置の作用について説明す
る。先ず、ステージ１２上に載置された被写体１０に向
けて光源１０からスポット光を照射し、その被写体１０
からの反射光を撮影レンズ１４を介してＣＣＤ１６で撮
像する。そして、ＣＣＤ１６から出力される電圧信号を
画像処理装置３２で映像信号に変換し、この映像信号を
光重心位置検出装置３６に出力する。Therefore, the defocus amount x can be calculated from the equations (1) and (2) as follows: x = (y '/ β) cotθ
It can be guided by (3). Next, the operation of the autofocus device configured as described above will be described. First, spot light is emitted from the light source 10 toward the subject 10 placed on the stage 12, and the subject 10
The reflected light from is taken by the CCD 16 via the taking lens 14. Then, the voltage signal output from the CCD 16 is converted into a video signal by the image processing device 32, and this video signal is output to the optical center-of-gravity position detection device 36.
【００１６】光重心位置検出装置３６は、前記被写体１
０から反射した前記スポット光の重心位置を検出し、そ
の重心位置を示す情報をＣＰＵ２８に出力する。そし
て、ＣＰＵ２８は、予め設定された基準重心位置に対す
る前記光重心位置検出装置３６で検出された測定重心位
置の位置ズレ量を演算し、この位置ズレ量から前記
（１）〜（３）式を用いてディフォーカス量ｘを算出す
る。そして、ＣＰＵ２８は、前記ディフォーカス量ｘが
零となるようにモータードライバ２６を制御してモータ
２２を駆動する。これにより、本実施例では、ディフォ
ーカス量ｘが零となる位置に前記ステージ１２が移動し
て停止するので、被写体１０の焦点を合わすことができ
る。The optical center-of-gravity position detecting device 36 is provided for the subject 1
The barycentric position of the spot light reflected from 0 is detected, and information indicating the barycentric position is output to the CPU 28. Then, the CPU 28 calculates the positional deviation amount of the measured barycentric position detected by the optical barycentric position detection device 36 with respect to the preset reference barycentric position, and from the positional deviation amount, the above equations (1) to (3) are calculated. The defocus amount x is calculated using this. Then, the CPU 28 drives the motor 22 by controlling the motor driver 26 so that the defocus amount x becomes zero. As a result, in this embodiment, the stage 12 moves to a position where the defocus amount x becomes zero and stops, so that the subject 10 can be focused.
【００１７】例えば、図３中実線で示すように、被写体
１０が後ピンの位置にある場合には、ステージ１２はデ
ィフォーカス量ｘ分だけ上昇移動されて、図中二点鎖線
で示す撮影距離Ｄの位置で停止し、また、図示していな
いが被写体１０が前ピンの位置にある場合には、ステー
ジ１２はディフォーカス量ｘ分だけ下降移動されて撮影
距離Ｄの位置で停止する。For example, as shown by the solid line in FIG. 3, when the subject 10 is at the position of the rear focus, the stage 12 is moved up by the defocus amount x, and the shooting distance shown by the chain double-dashed line in the figure. When the subject 10 is at the front focus position (not shown), the stage 12 is moved down by the defocus amount x and stopped at the shooting distance D, although not shown.
【００１８】従って、本実施例では、位相法及びコント
ラスト法で必要とする光電変換素子を用いず、既存の撮
影レンズ１４とＣＣＤ１６を用いて焦点合わせを行うよ
うにしたので構造が簡単になり、また、算出したディフ
ォーカス量ｘが零となる位置にステージ１２を移動させ
るようにしたので、試行錯誤的に焦点を合わせる従来の
オートフォーカス装置よりも、迅速に焦点合わせを行う
ことができる。Therefore, in the present embodiment, the photoelectric conversion element required for the phase method and the contrast method is not used, and the focusing is performed using the existing taking lens 14 and CCD 16, so that the structure is simplified, Further, since the stage 12 is moved to a position where the calculated defocus amount x becomes zero, it is possible to perform focusing more quickly than a conventional autofocus device that performs focusing by trial and error.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るオート
フォーカス装置によれば、光電変換素子を用いないで焦
点合わせを行うことができるので構造が簡単になり、ま
た、前記位置ズレ量が零となるように駆動部を制御する
だけで焦点合わせを行うことができるので、焦点合わせ
を迅速に行うことができる。As described above, according to the autofocus device of the present invention, focusing can be performed without using a photoelectric conversion element, so that the structure is simple and the amount of positional deviation is zero. Since the focusing can be performed only by controlling the driving unit so as to achieve the following, the focusing can be performed quickly.
【図１】本発明に係るオートフォーカス装置が適用され
た検査装置の実施例を示す構造図FIG. 1 is a structural diagram showing an embodiment of an inspection device to which an autofocus device according to the present invention is applied.
【図２】ディフォーカス量を算出するための説明図FIG. 2 is an explanatory diagram for calculating a defocus amount.
【図３】本発明に係るオートフォーカス装置の作動説明
図FIG. 3 is an operation explanatory view of the autofocus device according to the present invention.
１０…被写体 １２…ステージ １４…撮影レンズ １６…ＣＣＤ ２２…モータ ２８…ＣＰＵ ３０…光源 ３２…画像処理装置 ３６…光重心位置検出装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Subject 12 ... Stage 14 ... Shooting lens 16 ... CCD 22 ... Motor 28 ... CPU 30 ... Light source 32 ... Image processing device 36 ... Optical center of gravity position detection device
Claims (2)
せて前記被写体の撮影距離を可変する駆動部と、 前記撮影レンズの光軸に対して所定角度傾斜して配置さ
れ、前記被写体に斜め方向から光を照射する照明部と、 前記撮像素子から出力された信号を映像信号に変換して
出力する画像処理部と、 前記画像処理部から出力された映像信号に基づいて、前
記被写体で反射した前記照明部の光の重心位置を検出す
る光重心位置検出部と、 前記被写体の合焦時における基準重心位置が予め設定さ
れ、該基準重心位置に対する前記光重心位置検出部で検
出された測定重心位置の位置ズレ量を演算し、この位置
ズレ量が零となるように前記駆動部を制御する制御部
と、 から成ることを特徴とするオートフォーカス装置。1. A stage on which a subject is placed, a photographing lens for forming an image of the subject on an image sensor, and a stage for moving the stage forward and backward in the optical axis direction of the photographing lens to change the photographing distance of the subject. A driving unit, an illuminating unit that is arranged at a predetermined angle with respect to the optical axis of the photographing lens, and illuminates the subject with light from an oblique direction, and converts a signal output from the image sensor into a video signal. An image processing unit for outputting, a light center of gravity position detecting unit for detecting a center of gravity position of light of the illumination unit reflected by the subject based on a video signal output from the image processing unit, and when the subject is in focus The reference center-of-gravity position is set in advance, the position shift amount of the measured center-of-gravity position detected by the optical center-of-gravity position detection unit with respect to the reference center-of-gravity position is calculated, and the drive unit is controlled so that the position shift amount becomes zero. Autofocus device comprising a control unit, in that it consists of.
率と、該撮影レンズの光軸に対する前記照明部の投光角
度とに基づいて算出されることを特徴とする請求項１記
載のオートフォーカス装置。2. The position shift amount is calculated based on a lateral magnification of the photographing lens and a projection angle of the illumination unit with respect to an optical axis of the photographing lens. Autofocus device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26381094A JPH08122623A (en) | 1994-10-27 | 1994-10-27 | Autofocusing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26381094A JPH08122623A (en) | 1994-10-27 | 1994-10-27 | Autofocusing device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08122623A true JPH08122623A (en) | 1996-05-17 |
Family
ID=17394561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26381094A Pending JPH08122623A (en) | 1994-10-27 | 1994-10-27 | Autofocusing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08122623A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100357779C (en) * | 2004-12-17 | 2007-12-26 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | Automatic image focusing system and method |
| US7339147B2 (en) | 2004-12-10 | 2008-03-04 | Hong Fu Jin Precision Industry (Shen Zhen) Co., Ltd. | System and method for automatic focusing of images |
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| CN102621164A (en) * | 2012-02-24 | 2012-08-01 | 深圳大学 | Coupling device of multiple-light-cone coupling digital X-ray detector |
-
1994
- 1994-10-27 JP JP26381094A patent/JPH08122623A/en active Pending
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