(57)【要約】【課題】撮影の対象物に光透過性のカバーが設けられている場合でも、確実に合焦を検出する。【解決手段】部品と、部品の表面に光透過性のカバーが設けられてなる対象物を撮影するカメラと、対象物およびカメラ間の撮影距離を可変する駆動部と、カメラから得られる画像信号を処理して撮影距離に応じて変化するピント評価値を形成するピント評価値形成部と、撮影距離に対するピント評価値の変化の曲線を、三次近似曲線によって近似することによって近似値を形成し、実際のピント評価値のほうが近似値より大きければ、実際のピント評価値と近似値の差を換算データとして採用し、換算データのピーク値を合焦位置として求める処理部とを備えるオートフォーカス装置である。【選択図】図７
2017138494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品と、前記部品の表面に光透過性のカバーが設けられてなる対象物を撮影するカメラと、
前記対象物および前記カメラ間の撮影距離を可変する駆動部と、
前記カメラから得られる画像信号を処理して前記撮影距離に応じて変化するピント評価値を形成するピント評価値形成部と、
前記撮影距離に対する前記ピント評価値の変化の曲線を、三次近似曲線によって近似することによって近似値を形成し、実際のピント評価値のほうが前記近似値より大きければ、前記実際のピント評価値と前記近似値の差を換算データとして採用し、前記換算データのピーク値を合焦位置として求める処理部と
を備えるオートフォーカス装置。
【請求項２】
部品と、前記部品の表面に光透過性のカバーが設けられてなる対象物を撮影するカメラと、
前記対象物および前記カメラ間の撮影距離を可変する駆動部と、
前記カメラから得られる画像信号を処理して前記撮影距離に応じて変化するピント評価値を形成するピント評価値形成部と、
前記撮影距離に対する前記ピント評価値の変化の曲線を、三次近似曲線によって近似することによって第１の近似値を形成し、前記第１の近似値より大きな前記ピント評価値を除外した残りの前記ピント評価値を再度三次近似曲線によって近似することによって第２の近似値を形成し、実際のピント評価値のほうが前記第２の近似値より大きければ、前記実際のピント評価値と前記第２の近似値の差を換算データとして採用し、前記換算データのピーク値を合焦位置として求める処理部と
を備えるオートフォーカス装置。
【請求項３】
前記撮影距離に対する前記ピント評価値の変化の曲線は、前記部品に対する合焦位置を含む範囲において得られたものである請求項１または２に記載のオートフォーカス装置。
【請求項４】
部品と、前記部品の表面に光透過性のカバーが設けられてなる対象物をカメラによって撮影し、
前記対象物および前記カメラ間の撮影距離を可変したときに、前記カメラから得られる画像信号を処理して前記撮影距離に応じて変化するピント評価値を形成し、
前記撮影距離に対する前記ピント評価値の変化の曲線を、三次近似曲線によって近似することによって近似値を形成し、実際のピント評価値のほうが前記近似値より大きければ、前記実際のピント評価値と前記近似値の差を換算データとして採用し、前記換算データのピーク値を合焦位置として求める
オートフォーカス方法。
【請求項５】
部品と、前記部品の表面に光透過性のカバーが設けられてなる対象物をカメラによって撮影し、
前記対象物および前記カメラ間の撮影距離を可変したときに、前記カメラから得られる画像信号を処理して前記撮影距離に応じて変化するピント評価値を形成し、
前記撮影距離に対する前記ピント評価値の変化の曲線を、三次近似曲線によって近似することによって第１の近似値を形成し、前記第１の近似値より大きな前記ピント評価値を除外した残りの前記ピント評価値を再度三次近似曲線によって近似することによって第２の近似値を形成し、実際のピント評価値のほうが前記第２の近似値より大きければ、前記実際のピント評価値と前記第２の近似値の差を換算データとして採用し、前記換算データのピーク値を合焦位置として求める
オートフォーカス方法。
【請求項６】
前記撮影距離に対する前記ピント評価値の変化の曲線は、前記部品に対する合焦位置を含む範囲において得られたものである請求項４または５に記載のオートフォーカス方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば検査のために顕微鏡を使用して被写体を撮影する場合に、自動的にフォーカスを当該被写体に合わせることができるオートフォーカス装置およびオートフォーカス方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フラットディスプレイ等に用いられる液晶パネルは、例えばＴＦＴ(Thin Film Transistor)等のパターン基板、カラーフィルタ、保護カバーが積層された構造を有する。さらに、フラットディスプレイに関連して光学フィルタや異方性導電膜等のフィルム状の部品が多数用いられている。これらの部品は、μｍオーダーの微細構造が形成されているので、製造工程の最終検査工程では、形状、寸法等が設計通りかどうかを顕微鏡を用いて検査がなされる。昨今、本検査工程は省人化を目的に自動化が進められており、顕微鏡を用いた検査工程ではオートフォーカスと呼ばれる自動焦点合わせ装置が用いられている。
【０００３】
この種の検査装置に使用されるオートフォーカス装置としては、例えば、特許文献１に記載されているように、認識対象物に対してカメラ（対物レンズ）を遠方または近傍から接近させ、一定間隔でカメラ画像を取得し、カメラから得られた画像を処理してピント評価値（フォーカス評価値ともいう）を取得する。複数のピント評価値を用いて二次近曲線を求め、そのピーク値（最大値）の位置を合焦位置とするようになされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１１０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、被写体としてのカラーフィルタ、パターン基板、光学フィルタ、異方性導電膜等のフィルム部品は、出荷・搬送時の粉塵や外力から繊細構造を保護するために、フィルム部品の表面に透明な保護カバーが配されており、このフィルム部品の最終検査工程は、この保護カバーが配された状態で検査がなされる。したがって、対物レンズを保護カバーで被覆された部品に近接させていくと、先ず、保護カバーの表面で焦点が合い、次に、保護カバーの下のフィルム部品に焦点が合うことになる。
【０００６】
すなわち、取得されるピント評価値の変化は、保護カバーのみのピント評価値の変化と、フィルム部品のみのピント評価値の変化とが合成されたものとなる。その結果、フィルム部品の表面を合焦位置として検出すべきにもかかわらず、保護カバー表面の特徴と、オートフォーカス対象面の特徴を合わせてピント評価値として計算してしまうので、オートフォーカス対象面の特徴を捉えきれなくなってしまい、正しい位置にオートフォーカスを行うことができなくなる。
【０００７】
この問題に対応するため、対物レンズの上下動作範囲を保護カバー表面の影響を受けない範囲に設定し、設定された動作範囲で抽出されたピント評価値をもとに、オートフォーカス対象面のフォーカス合せを行うようになされている。しかしながら、保護カバー面の反射率が高い、保護カバーが完全な透明ではない、保護カバーに模様がある、保護カバーに汚れ・ごみの付着がある等の原因により、画像のコントラストが低下し、ピント評価値のピークが不鮮明になる。その結果、ピント評価値のピーク値を捉えることができず、正しい位置（フィルム部品の表面）にオートフォーカスを行うことができなくなる問題があった。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、保護カバーで覆われている部品の場合でも、正確に合焦させることができるオートフォーカス装置およびオートフォーカス方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明は、部品と、部品の表面に光透過性のカバーが設けられてなる対象物を撮影するカメラと、
対象物およびカメラ間の撮影距離を可変する駆動部と、
カメラから得られる画像信号を処理して撮影距離に応じて変化するピント評価値を形成するピント評価値形成部と、
撮影距離に対するピント評価値の変化の曲線を、三次近似曲線によって近似することによって近似値を形成し、実際のピント評価値のほうが近似値より大きければ、実際のピント評価値と近似値の差を換算データとして採用し、換算データのピーク値を合焦位置として求める処理部と
を備えるオートフォーカス装置である。
また、本発明は、このように合焦位置を求めるオートフォーカス方法である。
本発明は、部品と、部品の表面に光透過性のカバーが設けられてなる対象物を撮影するカメラと、
対象物およびカメラ間の撮影距離を可変する駆動部と、
カメラから得られる画像信号を処理して撮影距離に応じて変化するピント評価値を形成するピント評価値形成部と、
撮影距離に対するピント評価値の変化の曲線を、三次近似曲線によって近似することによって第１の近似値を形成し、第１の近似値より大きなピント評価値を除外した残りのピント評価値を再度三次近似曲線によって近似することによって第２の近似値を形成し、実際のピント評価値のほうが第２の近似値より大きければ、実際のピント評価値と第２の近似値の差を換算データとして採用し、換算データのピーク値を合焦位置として求める処理部と
を備えるオートフォーカス装置である。
また、本発明は、このように合焦位置を求めるオートフォーカス方法である。
【発明の効果】
【００１０】
少なくとも一つの実施形態によれば、対象物の前面に透明な保護カバーなどが設置されている場合でも、高精度なオートフォーカスを行うことができる。さらに、画像のコントラストが悪い場合でも、高精度にオートフォーカスを行うことができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本発明中に記載されたいずれの効果であってもよい。また、以下の説明における例示された効果により本発明の内容が限定して解釈されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ピント評価値の形成方法の一例を説明するための略線図である。
【図２】従来のオートフォーカス方法の説明に用いるグラフである。
【図３】対象物の一例の断面図である。
【図４】ピント評価値の一例のグラフである。
【図５】ピント評価値の一例のグラフおよびその一部拡大図である。
【図６】ピント評価値の一例のグラフおよび他の例のグラフである。
【図７】オートフォーカス装置の構成を示すブロック図である。
【図８】オートフォーカス処理装置の一例のブロック図である。
【図９】オートフォーカス処理の説明に用いるフローチャートである。
【図１０】オートフォーカス処理の説明に用いる略線図である。
【図１１】３個のサンプルのそれぞれのピント評価値のグラフである。
【図１２】図１１の各グラフの合焦位置付近を拡大して示すグラフである。
【図１３】従来のオートフォーカスピーク値計算方法の説明に用いるフローチャートである。
【図１４】本発明の第１の方法の説明に使用するグラフである。
【図１５】本発明の第１の方法の説明に用いるフローチャートである。
【図１６】本発明の第２の方法の説明に使用するグラフである。
【図１７】本発明の第２の方法の説明に用いるフローチャートである。
【図１８】方法７の説明に使用するグラフである。
【図１９】方法７の処理の流れを示すフローチャートである。
【図２０】第１のサンプルに関して、本発明の第１の方法、本発明の第２の方法、従来の方法、並びに方法７を比較して示すグラフである。
【図２１】第２のサンプルに関して、本発明の第１の方法、本発明の第２の方法、従来の方法、並びに方法７を比較して示すグラフである。
【図２２】第３のサンプルに関して、本発明の第１の方法、本発明の第２の方法、従来の方法、並びに方法７を比較して示すグラフである。
【図２３】第４のサンプルに関して、本発明の第１の方法、本発明の第２の方法、従来の方法、並びに方法７を比較して示すグラフである。
【図２４】第５のサンプルに関して、本発明の第１の方法、本発明の第２の方法、従来の方法、並びに方法７を比較して示すグラフである。
【図２５】本発明において三次近似曲線を使用する利点を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施の形態について説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
＜１．一実施の形態＞
＜２．変形例＞
なお、以下に説明する一実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
【００１３】
＜１．一実施の形態＞
「ピント評価値の形成」
ピント評価値は、一例として、図１に示すように、産業用カメラの撮影画像から（３×３＝９）画素（ａ〜ｉの値をそれぞれ有する）を取り出して、下記の演算によって形成される。このピント評価値は、中心画素（ｅの値を有する画素）に関するものである。
【００１４】
ｕ＝ａ＋ｂ＋ｃ
ｖ＝ｇ＋ｈ＋ｉ
ｘ＝ａ＋ｄ＋ｇ
ｙ＝ｃ＋ｆ＋ｉ
ピント評価値＝｜ｕ−ｖ｜＋｜ｘ−ｙ｜
【００１５】
産業用カメラの１枚の撮影画像の全画素についてのピント評価値が求められ、例えば全画素のピント評価値の総和が当該撮影画像のピント評価値とされる。産業用カメラは、被写体（以下、ワークと適宜称する）に対して接近、離間するように移動され、パラメータとして保存してある複数の撮影距離（例えば対物レンズとワーク間の距離）において、被写体を撮影してピント評価値が求められる。
【００１６】
複数の撮影距離においてそれぞれ得られた複数のピント評価値の一例を図２に示す。このピント評価値の二次近似曲線（破線で示す）が求められ、そのピーク値の撮影距離が合焦位置とされる。このように、ピント評価値の二次近似曲線のピーク値を合焦位置とする方法は、既存の技術と同様のものである。撮影距離を可変するための駆動源としてステッピングモータを使用している場合、ステッピングモータのモータパルスと撮影距離をリンクさせることができる。
【００１７】
しかしながら、ワークＷが保護カバー３を有する場合には、既存の方法では、正確に合焦位置を検出することかできない問題が生じる。図３は、ワークＷの一例の断面を示す。ワークＷは、液晶パネルであって、パターン基板１と、カラーフィルタ２と、保護カバー３が積層された構成を有する。
【００１８】
液晶パネルのように、透明な保護カバーなどがある場合のピント評価値のカーブのグラフを図４に示す。オートフォーカスでは、画像の輝度値の変化を利用してオートフォーカスを行うため、撮影距離を変化させながらピント評価値を得ると、図４に示すような特性グラフを取得できる。特性グラフは、横軸が対物レンズとワークの距離を表しており、縦軸が画像のピント評価値を表している。なお、これらの横軸および縦軸にそれぞれ記入されている数値は、大小関係を示す相対的な値である。以下に示すグラフにおいても同様である。
【００１９】
図４において、特性グラフ５ａが保護カバーのみのピント評価値の変化を表し、特性グラフ５ｂがカラーフィルタのみのピント評価値の変化を表し、特性グラフ５ｃが両方の特性グラフが重なっているときのピント評価値の変化を表している。実際に得られる特性グラフは、特性グラフ５ｃである。
【００２０】
図４から分かる通り、透明な保護カバーなどがある場合の特性グラフ５ｃは、保護カバー面の特性グラフ５ａと、オートフォーカス対象面（カラーフィルタ）の特性グラフ５ｂを合わせたような形状になっている。このため、保護カバー表面の特徴と、オートフォーカス対象面の特徴を合わせてピント評価値として計算してしまうため、オートフォーカス対象面の特徴を捉えきれなくなってしまい、正しい位置にオートフォーカスを行うことができなくなる。
【００２１】
この問題に対応するために、図５Ａにおいて線で囲んで示すように、対物レンズの上下動作範囲を保護カバー表面の影響を受けない範囲に設定し、設定された動作範囲で抽出されたピント評価値（図５Ｂのグラフ５ｄ）をもとに、オートフォーカス対象面のフォーカス合せを行うようになされる。
【００２２】
しかしながら、保護カバー面の反射率が高い、保護カバーが完全な透明ではない、保護カバーに模様がある、保護カバーに汚れ・ごみの付着がある等の影響により、ピント評価値のピークが図６Ａまたは図６Ｂに示すように、不鮮明になると、オートフォーカス対象面の特徴を捉えきれなくなってしまい、正しい位置にオートフォーカスを行うことができなくなる問題が発生していた。図６Ａおよび図６Ｂの横軸の０の位置がフォーカス対象面の位置を示している。以下の説明（グラフ）でも同様である。本発明は、このような場合でも、オートフォーカスを高精度に行うことができるものである。
【００２３】
「オートフォーカス装置の構成」
図７を参照して本発明の一実施の形態による画像処理システムの接続構成を説明する。画像処理システムは、例えば液晶パネル等のワークの形状、寸法等が所定のものであるかどうかを検査する検査工程において使用される。検査工程に先立って、産業用カメラのフォーカスがワークに対して合っていることが必要とされる。以下の説明では、オートフォーカスと関係する構成、作用を主に説明する。
【００２４】
システムは、システムの全体を制御するためのオートフォーカス処理装置１１、ワークＷを撮影するためのステージ部１２、制御機器１３およびカメラモニタ１４を備えている。ステージ部１２では、産業用カメラ（カメラモジュール）１５を使用してワークＷが撮影される。ワークＷは、例えば液晶パネルであり、ステージ１０上に載置されている。産業用カメラ１５の鏡筒１６に対物レンズ１７が取り付けられている。産業用カメラ１５には、必要に応じて電源１８が取り付けられる。
【００２５】
鏡筒１６は、Ｚ軸駆動用モータ（例えばステッピングモータ）１９に取り付けられている。オートフォーカス処理装置１１において形成されたパルス信号がモータドライバ２１に供給され、モータドライバ２１から出力される制御信号がＺ軸駆動用モータ１９に供給される。制御信号に応じて、鏡筒１６がＺ軸方向（上下方向）に所定量移動する。このように、オートフォーカス処理装置１１が鏡筒１６の上下移動を制御することができる。
【００２６】
鏡筒１６の位置を検出するために、近接側のリミットセンサ２０ａと、遠方側のリミットセンサ２０ｂが設けられている。リミットセンサ２０ａおよび２０ｂのそれぞれの検出信号がオートフォーカス処理装置１１に入力される。
【００２７】
産業用カメラ１５が撮影した画像の画像データがインターフェース２２を通じてオートフォーカス処理装置１１に供給される。インターフェース２２としては、アナログ方式、デジタル方式の種々のものを使用できる。例えばアナログ式の「１２ｐｉｎ  Ｉ／Ｆ」、産業用カメラ用に開発された高速デジタルインターフェース「Ｃａｍｅｒａ  Ｌｉｎｋ」（カメラリンク）、ＰＣと直結可能な高速デジタルインターフェース「ＩＥＥＥ１３９４」、画像処理カメラ用に開発された専用のイーサネットインターフェース「ＧｉｇＥ  Ｖｉｓｉｏｎ」などを使用できる。例えば、カメラリンクが使用される。
【００２８】
オートフォーカス処理装置１１からカメラモニタ１４に対してデジタル画像データが供給される。オートフォーカス処理装置１１は、モニタ用の画像データを形成し、モニタ用画像データをインターフェース２３を介してカメラモニタ１４に対して供給する。インターフェース２３としては、カメラリンクの規格のものが使用される。カメラモニタ１４は、画像データを表示するもので、パーソナルコンピュータとフレームグラバーボードとを有する。フレームグラバーボードは、カメラリンクの規格を使用する場合に必要とされる。なお、インターフェースとしては、カメラリンク以外のものを使用しても良い。
【００２９】
オートフォーカス処理装置１１は、制御機器１３からインターフェース２５を介して供給される命令コマンドによって処理が制御される。インターフェース２５は、例えばＲＳ−２３２Ｃ通信や、ＤＩＯ通信である。制御機器１２の一例は、パーソナルコンピュータである。但し、パーソナルコンピュータ以外の機器例えばＰＬＣ(Programmable Logic Controller)を使用しても良い。
【００３０】
ユーザは、制御機器１３例えばパーソナルコンピュータを操作してオートフォーカス処理装置１１に対して命令コマンド（オートフォーカス指令）を入力する。オートフォーカス処理装置１１のフラッシュメモリには、鏡筒１６の移動速度、上下動作範囲などを規定する情報が予め記憶されており、オートフォーカス処理装置１１からモータドライバ２１に対して、鏡筒１６がオートフォーカス開始位置へ上昇または下降するような指令パルスが供給される。
【００３１】
鏡筒１６が開始位置から上昇または下降する間に、複数の撮影距離においてワークＷが産業用カメラ１５によって撮影され、画像が取得される。鏡筒１６を連続的に移動させながら撮影を行い、画像が取得される。鏡筒１６の位置は、Ｚ軸駆動用モータ１９に対する指令パルスから判明する。鏡筒１６の位置を検出する位置検出センサを設けても良い。画像を取得する速さは、産業用カメラ１５のフレームレートに依存する。なお、鏡筒１６をステップ的に移動させて、静止時に撮影を行うことによって、画像を取得しても良い。
【００３２】
撮影画像の画像データが産業用カメラ１５からインターフェース２２を通じてオートフォーカス処理装置１１に供給される。オートフォーカス処理装置１１は、取得した画像ごとに、図１を参照して説明したように、ピント評価値を計算し、画像を取得した位置（すなわち、撮影距離）に対応するピント評価値を生成する。ピント評価値は、図４または図５に示すグラフで表すものとなる。
【００３３】
さらに、オートフォーカス処理装置１１がピント評価値を使用して撮影距離の中で合焦位置を求める。合焦位置を求めるために、前処理がなされる。前処理の一方法では、撮影距離に対するピント評価値の変化の曲線を、三次近似曲線によって近似することによって近似値を形成し、実際のピント評価値のほうが近似値より大きければ、実際のピント評価値と近似値の差を換算データとして採用する。複数の換算データにより得られる近似曲線のピーク値が既存の方法によって、合焦位置として求められる。
【００３４】
本発明の他の方法は、オートフォーカス処理装置１１において、撮影距離に対するピント評価値の変化の曲線を、三次近似曲線によって近似することによって第１の近似値が形成され、第１の近似値より大きなピント評価値を除外した残りのピント評価値を再度三次近似曲線によって近似することによって第２の近似値を形成する。実際のピント評価値のほうが第２の近似値より大きければ、実際のピント評価値と第２の近似値の差を換算データとして採用する。複数の換算データにより得られる近似曲線のピーク値が既存の方法によって、合焦位置として求められる。
【００３５】
既存の方法では、前処理によって選択した換算データからピント評価値の最大の位置が求められ、最大の位置を中心に設定されている所定数のデータが選択される。例えば７点の位置の換算データが選択される。選択されたデータを使用して図２に示すように、ガウス分布に最小二乗法で近似する。求めた近似曲線において上に凸側のピーク値を合焦位置として決定する。
【００３６】
合焦位置が求められると、オートフォーカス処理装置１１が対物レンズ１７の位置が合焦位置となるように、Ｚ軸駆動用モータ１９に対して制御信号を供給する。必要に応じて求められた合焦位置に対してオフセットが付加される。合焦位置に産業用カメラ１５の位置が設定された後に、ワークＷの検査用の画像が取得される。検査用の画像によってワークＷの形状、寸法等の検査がなされる。ワークＷの検査は、オートフォーカス処理装置１１において行っても良いし、他の検査用の処理装置によって行うようにしても良い。
【００３７】
オートフォーカス処理装置１１は、一例として図８に示すように、データバス１１３を通じて接続されたＣＰＵ(Central Processing Unit)１１１とＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)１１２から構成されている。ＣＰＵ１１１に対して、リミットセンサ２０ａおよび２０ｂの出力および制御機器１３からの命令コマンドが供給され、モータドライバ２１に対してモータ動作指令がＣＰＵ１１１から発生する。ＦＰＧＡ１１２は、映像データの処理を行う。すなわち、産業用カメラ１５からの映像信号がＦＰＧＡ１１２に対して入力され、ＦＰＧＡ１１２からモニタ用の映像信号が出力される。
【００３８】
オートフォーカス処理装置１１においてなされる合焦位置を求める方法について、より具体的に説明する。ワークＷとしては、図３に示すように、上から順に透明な保護カバー３、カラーフィルタ２、パターン基板１が積層されたものである。オートフォーカス対象面は、カラーフィルタ２の面とした。
【００３９】
ＣＰＵ１１１によってなされるオートフォーカス制御動作について図９のフローチャートおよび図１０の略線図を参照して説明する。図１０Ａに示すように、産業用カメラ１５の対物レンズ１７がｚ軸上の開始位置Ｐｓと終了位置Ｐｅの間の動作範囲を移動可能とされる。開始位置Ｐｓと終了位置Ｐｅは、リミットセンサ２０ａ、２０ｂの出力によって示される。
【００４０】
ステップＳＴ１：コマンドを受信する。
ステップＳＴ２：１回目の移動量が設定される。
ステップＳＴ３：１回目のモータ駆動が開始される。対物レンズ１７が図１０Ｂに示すように、開始位置へ移動される。
【００４１】
ステップＳＴ４：２回目の移動量が設定される。
ステップＳＴ５：モータ動作が終了したかどうかが判定される。
ステップＳＴ６：モータ動作が終了したと判定されると、２回目のモータ駆動が開始され、検索動作が開始される。図１０Ｃに示すように、画像を取得しながら対物レンズ１７が下降する。
ステップＳＴ７：画像番号が取得される。
【００４２】
ステップＳＴ８：モータ動作が終了したかどうかが判定される。
ステップＳＴ９：ステップＳＴ８において、モータ動作が終了していないと判定されると、モータの位置とピント評価値が取得される。
ステップＳＴ１０：ステップＳＴ８において、モータ動作が終了していると判定されると、オートフォーカスピーク計算処理がなされる。すなわち、合焦位置（図中ではピント面と表記する）が求められる。図１０Ｄは、対物レンズ１７が終了位置に位置していることを示している。この状態がモータ動作の終了とされる。
【００４３】
ステップＳＴ１１：対物レンズ１７が合焦位置に移動するまでの移動量（３回目の移動量）が設定される。
ステップＳＴ１２：対物レンズ１７を合焦位置に持ち来すために、３回目のモータ駆動が開始される。
ステップＳＴ１３：モータ動作が終了したかどうかが判定される。
ステップＳＴ１４：ステップＳＴ１３においてモータ動作が終了したと判定されると、結果が出力される。
【００４４】
上述した制御によって、図１０Ｅに示すように対物レンズ１７を合焦位置に持ち来すことができる。本発明は、図９のフローチャートにおいて、ステップＳＴ１０（オートフォーカスピーク計算処理）に特徴を有する。このオートフォーカスピーク計算処理についてさらに説明する。
【００４５】
図１１は、ワークＷとして３種類のサンプルＳＰａ、サンプルＳＰｂ、サンプルＳＰｃのピント評価値グラフをそれぞれ示す。縦軸がピント評価値を示し、横軸が撮影距離を示す。図１０Ｃに示すように、開始位置から対物レンズ１７が下降してワークＷに近づくことによって、図１１に示されるグラフが得られる。このグラフは、図４におけるグラフ５ｃに相当する。
【００４６】
グラフに向かって左側の山（ピーク値）が保護カバー３の表面の位置で発生し、右側の山（ピーク値）がカラーフィルタ２の表面（オートフォーカス対象面）の位置で発生する。また、サンプルＳＰａは、カラーフィルタ２のコントラスト変化が得やすい物、サンプルＳＰｃは、カラーフィルタ２のコントラスト変化が得にくい物、サンプルＳＰｂは、その中間の物である。
【００４７】
対物レンズの上下動作範囲を、カラーフィルタ２の表面位置とその周辺のみとして設定し、サンプルＳＰａ、サンプルＳＰｂ、サンプルＳＰｃのピント評価値を取得したグラフを図１２に示す。図１２は、図５のグラフ５ｄに相当する。サンプルＳＰａ、サンプルＳＰｂ、サンプルＳＰｃの順にオートフォーカス対象面（すなわち、合焦位置）における山の突出量が少ないものとされている。図１２のピント評価値特性を有する３種類のサンプルを用いて、従来のフォーカス合せ処理を行う前の補正値の演算方法（以下「前処理方法」とする）について説明する。
【００４８】
既存の方法では、前処理によって選択したデータからピント評価値の最大の位置が求められ、最大の位置を中心に設定されている例えば７点のデータが選択される。選択されたピント評価値を使用して図２に示すように、ガウス分布に最小二乗法で近似する。求めた近似曲線において上に凸側のピーク値を合焦位置として決定する。
【００４９】
図１３は、既存の方法を示すフローチャートである。図９のフローチャートにおけるステップＳＴ１０（オートフォーカスピーク計算）においてなされる処理が示されている。すなわち、図９のステップＳＴ８（モータ動作が終了したかどうかの判定処理）から図１３のステップＳＴ０１に処理が続き、ステップＳＴ０６から図９のステップＳＴ１１へ処理が続く。
【００５０】
ステップＳＴ０１：ピント評価値の最大位置が求められる。
ステップＳＴ０２：ピント評価値の最大値を中心に７点でガウス分布近似曲線（図２参照）を求める。
ステップＳＴ０３：エラーがあるかどうかが判定される。
【００５１】
ステップＳＴ０４：ステップＳＴ０３においてエラーがあると判定される場合にエラー出力がなされる。
ステップＳＴ０５：ステップＳＴ０３においてエラーがないと判定される場合にオフセット処理がなされる。
ステップＳＴ０６：結果（合焦位置のデータ）の出力がなされる。
【００５２】
検討を行った前処理方法は、以下の９種類である。
方法１（本発明の第１の方法）：
取得したデータから三次近似曲線（三次近似値）を求め、実際のデータと三次近似値を比較し、実際のデータが三次近似値より大きければ、実際のデータと三次近似値の差を換算データとして採用し、三次近似値が実際のデータより大きければ、１としてデータを換算する。換算データが前処理の結果のデータとされ、既存の方法でもって合焦位置が求められる。
【００５３】
なお、近似値を利用して得られる換算データは、端の部分が近似値計算のみに使用し、焦点位置を求める計算には不要なため、換算データを１としておく。換算データを使用して既存の方法で合焦位置が求められる。すなわち、換算データから、ピント評価値が最大の部分を求め、最大点を中心にあらかじめ設定されている計算に必要な点数分だけデータを確保する。ピント評価値の最大値付近で得られたデータはガウス分布にて近似され、そのピーク値が合焦位置として求められる。
【００５４】
例えばサンプルＳＰａ（図１１Ａおよび図１２Ａ参照）に対して方法１を適用した場合の処理を図１４に示す。図１４Ａが取得したデータである。図１４Ｂにおいて太破線６ａが三次近似曲線である。実際のデータが三次近似値より大きければ、実際のデータと三次近似値の差を換算データとして採用するので、換算データは、図１４Ｃにおいて、カーブ７ａで示すものとなる。換算データに対して既存の方法を適用してそのピーク値がオートフォーカス対象面の位置として求められる。
【００５５】
図１５は、第１の方法を示すフローチャートである。図９のフローチャートにおけるステップＳＴ１０（オートフォーカスピーク計算）においてなされる処理が示されている。すなわち、図９のステップＳＴ８（モータ動作が終了したかどうかの判定処理）から図１５のステップＳＴ２０に処理が続く。さらに、図１５の最後のステップＳＴ２９に対して図１３の既存の処理が続く。既存の処理をＰＲ００と表す。
【００５６】
ステップＳＴ２０：モータ位置の平均を求める。
ステップＳＴ２１：それぞれのモータ位置から平均値を引く。ステップＳＴ２０およびステップＳＴ２１は、オーバーフロー防止のための処理である。
【００５７】
ステップＳＴ２２：位置とピント評価値の三次近似曲線（図１４Ｂ中の太破線６ａ）を求める。
ステップＳＴ２３：開始位置の元のピント評価値と近似データを比較する。
ステップＳＴ２４：元のピント評価値が近似データより大きいかどうかを判定する。
ステップＳＴ２５：ステップＳＴ２４において、元のピント評価値が近似データより大きくないと判定された場合には、データを１とする。
ステップＳＴ２６：ステップＳＴ２４において、元のピント評価値が近似データより大きいと判定された場合には、元のピント評価値と近似データの差をデータとする。
【００５８】
ステップＳＴ２７：データが終了したかどうかが判定される。
ステップＳＴ２８：ステップＳＴ２７においてデータが終了していない判定されると、次の位置のデータを比較する。
ステップＳＴ２９：ステップＳＴ２７においてデータが終了したと判定されると、検索範囲の開始１／４の位置と終了１／４の位置のピント評価値を１とする。この処理はピーク位置を正確に計算するためである。
そして、上述した処理で得られたデータを既存の処理ＰＲ００で処理してピーク値が計算される。
【００５９】
方法２（比較例１）：
取得したデータから二次近似曲線（二次近似値）を求め、実際のデータと二次近似値を比較し、実際のデータが二次近似値より大きければ、実際のデータと二次近似値の差を換算データとして採用し、二次近似値が実際のデータより大きければ、換算データの値を１とする。換算データに対して既存の方法を適用してそのピーク値がオートフォーカス対象面の位置として求められる。
【００６０】
方法３（比較例２）：
取得したデータから一次近似直線（一次近似値）を求め、実際のデータと一次近似値を比較し、実際のデータが一次近似値より大きければ、実際のデータと一次近似値の差を換算データとして採用し、一次近似値が実際のデータより大きければ、換算データの値を１とする。換算データに対して既存の方法を適用してそのピーク値がオートフォーカス対象面の位置として求められる。
【００６１】
方法４（本発明の第２の方法）：
取得したデータから第１の三次近似曲線（第１の三次近似値）を求め、実際のデータと第１の三次近似値を比較し、実際のデータが第１の三次近似値より大きければ、第１の三次近似値を変換データとする。変換データからさらに第２の三次近似曲線（第２の三次近似値）を求め、元のデータと第２の三次近似値を比較する。元のデータが第２の三次近似値より大きければ元のデータと第２の三次近似値の差を換算データとして採用し、第２の三次近似値が元のデータより大きければ、換算データの値を１とする。換算データに対して既存の方法を適用してそのピーク値がオートフォーカス対象面の位置として求められる。
【００６２】
例えばサンプルＳＰａ（図１１Ａおよび図１２Ａ参照）に対して方法４を適用した場合の処理を図１６に示す。図１６Ａが取得したデータである。図１６Ｂにおいて太破線６ｂが第１の三次近似曲線であり、細破線６ｃが第２の三次近似曲線である。元のデータが第２の三次近似値より大きければ、元のデータと第２の三次近似値の差を換算データとして採用するので、換算データは、図１６Ｃにおいてカーブ７ｂで示すものとなる。換算データに対して既存の方法を適用してそのピーク値がオートフォーカス対象面の位置として求められる。
【００６３】
図１７は、第２の方法を示すフローチャートである。図９のフローチャートにおけるステップＳＴ１０（オートフォーカスピーク計算）においてなされる処理が示されている。すなわち、図９のステップＳＴ８（モータ動作が終了したかどうかの判定処理）から図１７のステップＳＴ３０に処理が続く。さらに、図１７の最後のステップＳＴ３６に対して図１５の第１の方法と同様の処理ＰＲ２０が続く。この処理ＰＲ２０には、図１３の既存の処理ＰＲ００が含まれる。
【００６４】
ステップＳＴ３０：モータ位置の平均を求める。
ステップＳＴ３１：それぞれのモータ位置から平均値を引く。ステップＳＴ３０およびステップＳＴ３１は、オーバーフロー防止のための処理である。
【００６５】
ステップＳＴ３２：位置とピント評価値の三次近似曲線（図１６Ｂ中の太破線６ｂ）を求める。
ステップＳＴ３３：開始位置の元のピント評価値と近似データを比較する。
ステップＳＴ３４：元のピント評価値が近似データより大きいかどうかを判定する。
ステップＳＴ３５：ステップＳＴ３４において、元のピント評価値が近似データより大きいと判定された場合には、元のデータを近似データに置き換える。
【００６６】
ステップＳＴ３６：データが終了したかどうかが判定される。ステップＳＴ３４において、元のピント評価値が近似データより大きくないと判定された場合にも、ステップＳＴ３６に処理が移る。
ステップＳＴ３７：ステップＳＴ３６においてデータが終了していない判定されると、次の位置のデータを比較する。そして、処理がステップＳＴ３４（元のピント評価値と近似データの比較）に戻る。
そして、上述した処理で得られたデータを第１の方法と同様の処理（図１５のフローチャート）によって処理し、さらに、既存の処理ＰＲ００で処理してピーク値が計算される。
【００６７】
方法５（比較例３）：
取得したデータから第１の二次近似曲線（第１の二次近似値）を求め、実際のデータと第１の二次近似値を比較し、実際のデータが第１の二次近似値より大きければ、第１の二次近似値を変換データとする。変換データからさらに第２の二次近似曲線（第２の二次近似値）を求め元のデータと第２の二次近似値を比較し、元のデータが第２の二次近似値より大きければ元のデータと第２の二次近似値の差を換算データとして採用し、第２の二次近似値が元のデータより大きければ、換算データの値を１とする。換算データに対して既存の方法を適用してそのピーク値がオートフォーカス対象面の位置として求められる。
【００６８】
方法６（比較例４）：
取得したデータから第１の一次近似直線（第１の一次近似値）を求め、実際のデータと第１の一次近似値を比較し、実際のデータが第１の一次近似値より大きければ、第１の一次近似値を変換データとする。変換データからさらに第２の一次近似直線（第２の一次近似値）を求め元のデータと第２の一次近似値を比較し、元のデータが第２の一次近似値より大きければ元のデータと第２の一次近似値の差を換算データとして採用し、第２の一次近似値が元のデータより大きければ、換算データの値を１とする。換算データに対して既存の方法を適用してそのピーク値がオートフォーカス対象面の位置として求められる。
【００６９】
方法７（比較例５）：
取得したデータから一次近似直線（一次近似値）を求め、実際のデータと一次近似値を比較し、実際のデータが一次近似値より大きければ、一次近似値を変換データとする。変換データからさらに三次近似曲線（三次近似値）を求め、元のデータと三次近似値を比較し、元のデータが三次近似値より大きければ、元のデータと三次近似値の差を換算データとして採用し、三次近似値が元のデータより大きければ、換算データの値を１とする。換算データに対して既存の方法を適用してそのピーク値がオートフォーカス対象面の位置として求められる。
【００７０】
例えばサンプルＳＰａ（図１１Ａおよび図１２Ａ参照）に対して方法７を適用した場合の処理を図１８に示す。図１８Ａが取得したデータである。図１８Ｂにおいて太破線６ｄが一次近似曲線である。変換データを使用して求められた三次近似曲線は、図１８Ｂにおいて、細破線６ｅで示すものとなる。元のデータが三次近似値より大きければ、元のデータと三次近似曲線の差を換算データとして採用するので、換算データは、図１８Ｃにおいてカーブ７ｃで示すものとなる。換算データに対して既存の方法を適用してそのピーク値がオートフォーカス対象面の位置として求められる。
【００７１】
図１９は、方法７の処理の流れを示すフローチャートである。図９のフローチャートにおけるステップＳＴ１０（オートフォーカスピーク計算）においてなされる処理が示されている。すなわち、図９のステップＳＴ８（モータ動作が終了したかどうかの判定処理）から図１９のステップＳＴ４０に処理が続く。さらに、図１９の最後のステップＳＴ４６に対して図１５の第１の方法と同様の処理ＰＲ２０が続く。この処理ＰＲ２０には、図１３の既存の処理ＰＲ００が含まれる。
【００７２】
ステップＳＴ４０：モータ位置の平均を求める。
ステップＳＴ４１：それぞれのモータ位置から平均値を引く。ステップＳＴ４０およびステップＳＴ４１は、オーバーフロー防止のための処理である。
【００７３】
ステップＳＴ４２：位置とピント評価値の一次近似曲線（図１８Ｂ中の太破線６ｄ）を求める。
ステップＳＴ４３：開始位置の元のピント評価値と近似データを比較する。
ステップＳＴ４４：元のピント評価値が近似データより大きいかどうかを判定する。
ステップＳＴ４５：ステップＳＴ４４において、元のピント評価値が近似データより大きいと判定された場合には、元のデータを近似データに置き換える。
【００７４】
ステップＳＴ４６：データが終了したかどうかが判定される。ステップＳＴ４４において、元のピント評価値が近似データより大きくないと判定された場合にも、ステップＳＴ４６に処理が移る。
ステップＳＴ４７：ステップＳＴ４６においてデータが終了していない判定されると、次の位置のデータを比較する。そして、処理がステップＳＴ４４（元のピント評価値と近似データの比較）に戻る。
そして、上述した処理で得られたデータを第１の方法と同様の処理（図１５のフローチャート）によって処理し、さらに、既存の処理ＰＲ００で処理してピーク値が計算される。
【００７５】
方法８（比較例６）：
取得したデータの中で、取得開始側および取得終了側のそれぞれから３点ずつデータを選択し、選択したデータから二次近似曲線（二次近似値）を求め、実際のデータと二次近似値を比較する。実際のデータが二次近似値より大きければ、実際のデータと二次近似値の差を換算データとして採用し、二次近似値のほうが大きければ、換算データの値を１とする。換算データに対して既存の方法を適用してそのピーク値がオートフォーカス対象面の位置として求められる。
【００７６】
方法９（比較例７）：
取得したデータの中で、取得開始側および取得終了側のそれぞれから３点ずつデータを選択し、選択したデータから一次近似直線（一次近似値）を求め、実際のデータと一次近似値を比較する。実際のデータが一次近似値より大きければ、実際のデータと一次近似値の差を換算データとして採用し、一次近似値のほうが大きければ、換算データの値を１とする。換算データに対して既存の方法を適用してそのピーク値がオートフォーカス対象面の位置として求められる。
【００７７】
以上の方法１乃至方法９のそれぞれの処理の結果に対する評価を表１に示す。表１において、「◎」は、フォーカス合せ繰り返し精度が３σ＝０．６μｍ未満（高精度）のものを表す。「○」は、オートフォーカスを行うことはできるが、繰り返し精度が３σ＝０．６μｍ以上（低精度）のものを表す。σは、標準偏差である。「×」は、オートフォーカスに失敗することを表す。
【００７８】
【表１】
2017138494.tif 000003
【００７９】
表１から分かるように、方法１（本発明の第１の方法）および方法４（本発明の第２の方法）の三次近似曲線を用いた方法が他の方法に比較して、オートフォーカス対象面のピント評価値の突出量が少ない場合であっても、正確にオートフォーカスが可能である。
【００８０】
さらに、確認のために、図３に示すワーク仕様で、ＳＰｄ〜ＳＰｈの５種類のサンプルを追加し、方法１（本発明の第１の方法）、方法４（本発明の第２の方法）でオートフォーカスを行った場合と、従来方法、方法７でオートフォーカスを行った場合の比較を行った。
【００８１】
図２０は、サンプルＳＰｄの前処理方法ごとのピント評価値グラフ、フォーカス合せ繰り返し精度（３σ）を示す。なお。オートフォーカスができないものについては「オートフォーカス不可」と示している。図２０から分かるように、方法１（本発明の第１の方法）、方法４（本発明の第２の方法）、従来方法、方法７のいずれによっても、オートフォーカス可能である。
【００８２】
図２１は、サンプルＳＰｅの前処理方法ごとのピント評価値グラフ、フォーカス合せ繰り返し精度（３σ）を示す。なお。オートフォーカスができないものについては「オートフォーカス不可」と示している。図２１から分かるように、方法１（本発明の第１の方法）、方法４（本発明の第２の方法）、従来方法、方法７のいずれによっても、オートフォーカス可能である。
【００８３】
図２２は、サンプルＳＰｆの前処理方法ごとのピント評価値グラフ、フォーカス合せ繰り返し精度（３σ）を示す。なお。オートフォーカスができないものについては「オートフォーカス不可」と示している。図２２から分かるように、方法１（本発明の第１の方法）、方法４（本発明の第２の方法）、従来方法、方法７のいずれによっても、オートフォーカス可能である。
【００８４】
図２３は、サンプルＳＰｇの前処理方法ごとのピント評価値グラフ、フォーカス合せ繰り返し精度（３σ）を示す。なお。オートフォーカスができないものについては「オートフォーカス不可」と示している。図２３から分かるように、従来方法では、オートフォーカス不可能である。
【００８５】
図２４は、サンプルＳＰｈの前処理方法ごとのピント評価値グラフ、フォーカス合せ繰り返し精度（３σ）を示す。なお。オートフォーカスができないものについては「オートフォーカス不可」と示している。図２４から分かるように、従来方法では、オートフォーカス不可能である。
【００８６】
近似曲線を生成する目的は、データの全体的な傾きを求め、フォーカス対象面の位置をピークとする山を大きな値とするためである。近似曲線の中でも、三次近似曲線がこのような目的にとって有効であることを、図２５を参照して再度説明する。
【００８７】
図２５は、所定のピント評価値のデータから破線で示す近似曲線を生成し、近似曲線より大きな値のデータを換算データとして取り出した結果を示している。二次近似曲線、三次近似曲線、四次近似曲線、五次近似曲線をそれぞれ使用した場合の換算データを示している。
【００８８】
図２５に示されるように、四次以上の近似曲線の場合には、近似曲線が元のデータにフィットしすぎて山を大きく取り出すことができない。逆に二次以下の近似曲線の場合には、ピント評価値の変化の情報を失うおそれがある。したがって、本発明のように、三次近似曲線を使用することが望ましい。
【００８９】
上述したように、本発明によれば、対象物の前面に透明な保護カバーなどが設置された場合のような状況においても、高精度のオートフォーカスが可能となる。さらに、対象物が低コントラストの場合でも、高精度のオートフォーカスが可能となる。
【００９０】
＜２．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。また、上述の実施の形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。また、上述の実施の形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００９１】
Ｗ・・・ワーク
１・・・パターン基板
２・・・カラーフィルタ
３・・・保護カバー
１１・・・オートフォーカス処理装置
１７・・・対物レンズ
１９・・・Ｚ軸駆動モータ
【図１】
2017138494.tif 000004
【図２】
2017138494.tif 000005
【図３】
2017138494.tif 000006
【図４】
2017138494.tif 000007
【図５】
2017138494.tif 000008
【図６】
2017138494.tif 000009
【図７】
2017138494.tif 000010
【図８】
2017138494.tif 000011
【図９】
2017138494.tif 000012
【図１０】
2017138494.tif 000013
【図１１】
2017138494.tif 000014
【図１２】
2017138494.tif 000015
【図１３】
2017138494.tif 000016
【図１４】
2017138494.tif 000017
【図１５】
2017138494.tif 000018
【図１６】
2017138494.tif 000019
【図１７】
2017138494.tif 000020
【図１８】
2017138494.tif 000021
【図１９】
2017138494.tif 000022
【図２０】
2017138494.tif 000023
【図２１】
2017138494.tif 000024
【図２２】
2017138494.tif 000025
【図２３】
2017138494.tif 000026
【図２４】
2017138494.tif 000027
【図２５】
2017138494.tif 000028