JPH05346533A

JPH05346533A - 焦点検出方法

Info

Publication number: JPH05346533A
Application number: JP4177741A
Authority: JP
Inventors: Yuko Abe; 勇幸安部
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-06-12
Filing date: 1992-06-12
Publication date: 1993-12-27

Abstract

(57)【要約】【構成】合焦点からの距離に応じてパルスモータ３６
により顕微鏡を被測定物に対して接離操作するに際し、
合焦点近傍部までは顕微鏡を被測定物に対して高速で送
り、合焦点近傍部では顕微鏡を被測定物に対して低速で
送るようにサーボを切替える。【効果】フォーカシング速度が向上するとともに、フ
ォーカシング時間が大幅に短縮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、焦点検出方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ビデオテープレコーダやハード
ディスクドライブ等に使用される各種の磁気ヘッドにお
いては、ギャップ長やトラック幅並びに摺動面の形状等
が記録再生特性に大きな影響を及ぼすことから、これら
を厳しく管理する必要がある。その管理を行う手法の一
つとして、例えば顕微鏡を用いた画像処理が行われてい
る。

【０００３】かかる画像処理は、顕微鏡に自動焦点検出
機構を取付け、これによって自動的に焦点を検出せし
め、磁気ヘッドの摺動面を顕微鏡に映し出すことにより
ギャップ長等を測定するものである。

【０００４】ところで、一般に、オートフォーカスに
は、山登り法が採用されている。ここで、簡単に山登り
法について説明する。例えば、図８に示すように、顕微
鏡に映し出された磁気ヘッド５１の画像情報をＸ方向に
１ライン分微分を取り加算する（これをＦ．Ｖ値と称す
る。）。そして、フォーカス方向の特性を取ると、図９
に示すような山の形状をなす波形となる。

【０００５】この山の形状をなす波形において、最初に
１の位置にいたとすると、どちらに山のピーク（合焦点
位置）があるか判らないのでどちらかに動いてみる。
Ｆ．Ｖ値が上がればその方向、下がれば反対の方向にピ
ークがあるので少しずつ送っていき、今度は下りをサー
チして下がったらその前をピークとする。このときのピ
ークが合焦点位置となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
にオートフォーカスに山登り法を用いた場合には、常に
ピーク値をサーチしなければならないために、フォーカ
シング速度が遅く合焦点に至るまで時間がかかる。ま
た、被測定物の動きに追従し得ない等の欠点もある。

【０００７】そこで本発明は、かかる従来の技術的な課
題を解消するために、フォーカシング速度が早くしかも
フォーカシング時間の短縮が図れる焦点検出方法を提供
することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る焦点検出方
法は、合焦点からの距離に応じてパルスモータにより顕
微鏡を被測定物に対して接離操作するに際し、合焦点近
傍部までは顕微鏡を被測定物に対して高速で送り、合焦
点近傍部では顕微鏡を被測定物に対して低速で送るよう
にサーボを切替えることを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明においては、合焦点近傍部までは顕微鏡
を被測定物に対して高速で送り、合焦点近傍では顕微鏡
を被測定物に対して低速で送るようにサーボを切替える
ようにしているので、合焦点から遠い時はゲインを高く
したサーボでフォーカシングが行われ、合焦点近傍では
ゲインを低くしたサーボにより精密なフォーカシングが
される。したがって、全体としてフォーカシング速度が
向上するとともに、フォーカシング時間が短縮する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施
例は、磁気ヘッドのギャップ長やトラック幅等を測定す
るための画像処理装置に本発明の焦点検出方法を適用し
た例である。

【００１１】本実施例の画像処理装置は、図１に示すよ
うに、顕微鏡を構成する対物レンズ１及び接眼レンズ２
と撮像を行うＣＣＤカメラ３を備えた撮像系と、被測定
物４に可視光を照射する照明系と、焦点検出を行うオー
トフォーカス系から構成され、これらが同一のベースプ
レート５上に設けられてなっている。

【００１２】撮像系を構成する対物レンズ１は、水平方
向に対して直角となるように縦置きとされるベースプレ
ート５の下端側における一側縁部に取付けられている。
これに対して、接眼レンズ２は、上記対物レンズ１と対
向する位置に設けられている。すなわち、接眼レンズ２
は、上記ベースプレート５の上端側の一側縁部に設けら
れる円筒状をなす接眼レンズ取付け用アダプタ６に取付
けられることにより、上記対物レンズ１と対向するよう
になっている。

【００１３】照明系は、光源７とこの光源７からの可視
光を導き出す光ファイバ８と、光ファイバ８より導き出
された可視光を対物レンズ１を介して被測定物４へと照
射させる複数のレンズ９，１０，１１と一対のハーフミ
ラー１２，１３とから構成される。

【００１４】光ファイバ８は、上記ベースプレート５の
上端側であって接眼レンズ取付け用アダプタ６に隣接し
た位置に設けられるレンズ収納部１４の一端側に取付け
られている。そして、この光ファイバ８には、被測定物
４に可視光を照射するための光源７が接続されている。

【００１５】上記レンズ９，１０，１１は、光ファイバ
８から放出される発散光を平行光にして出力するもので
あり、該光ファイバ８が取付けられる側とは反対側のレ
ンズ収納部１４内に互いに所定間隔を隔てて内蔵されて
いる。すなわち、光ファイバ８と近接した位置に球面状
をなすレンズ９が設けられ、これと離れた位置に近接し
て一対のレンズ１０，１１が設けられている。なお、こ
れらレンズ９，１０，１１は、いずれも非球面レンズと
なっている。

【００１６】上記一対のハーフミラー１２，１３は、光
ファイバ８によって導き出された可視光を被測定物４へ
と照射させるための光軸変更を行うものである。一方の
ハーフミラー１２は、光ファイバ８の真下に設けられ、
該光ファイバ８によって導き出された可視光を直角な向
きに変えるように斜めに配置されている。そして他方の
ハーフミラー１３は、前記した一対の対物レンズ１，２
を結ぶ直線上に設けられ、上記一方のハーフミラー１２
で光軸が変えられた可視光を対物レンズ１を介して被測
定物４上にスポットを結ぶように配置されている。な
お、これらハーフミラー１２，１３は、光源７からの可
視光の向きを適宜変えられるように、その配置角度が調
整できるようになされている。

【００１７】一方、オートフォーカス系は、いわゆるナ
イフエッジ法が採用され、レーザーダイオード１５と、
このレーザーダイオード１５から発射されるレーザ光の
光軸上に設けられる一対のレンズ１６，１７と、被測定
物４で反射されたレーザ光の戻り光をセンサへ導く一対
のミラー１８，１９と、その戻り光を受光するセンサ２
０とから構成されている。

【００１８】上記オートフォーカス系は、いずれもベー
スプレート５上に設けられたブロックベース２１に設け
られている。レーザーダイオード１５は、上記一対のハ
ーフミラー１２，１３間を通る可視光と同軸上に設けら
れている。そして、このレーザーダイオード１５の照射
面の前面側に、該レーザーダイオード１５と近接して一
方のレンズ１６が設けられている。ここに設けられるレ
ンズ１６は、非球面レンズとなされている。そしてさら
に、上記レンズ１６と対向して他方のレンズ１７がブロ
ックベース２１の一側縁部に設けられている。かかるレ
ンズ１７は、球面単レンズとされている。

【００１９】上記一対のミラー１８，１９は、例えば三
角形状をなすプリズムからなり、上記ブロックベース２
１上に設けられるミラー載置ブロック２２に取付けられ
ている。これらミラー１８，１９は、先の一対のレンズ
１６，１７の間に設けられ、上記レーザーダイオード１
５から発射されるレーザ光の光路に対して略直交して縦
一例となるように配置されている。

【００２０】これらミラー１８，１９のうち一方のミラ
ー１８は、戻り光をセンサ２０に導く反射器としての機
能の他、ナイフエッジとしても機能する。このナイフエ
ッジとしても機能するミラー１８は、レーザーダイオー
ド１５から発射されたレーザ光の光軸上にその先端がく
るように配置されている。したがって、レーザーダイオ
ード１５から最初のレンズ１６を介して出射されたレー
ザ光の半分が上記一方のミラー１８によってカットさ
れ、被測定物４上に半円のスポットを結ぶことになる。
なお、他方のミラー１９は、上記一方のミラー１８の下
に所定間隔を持って配置されている。

【００２１】上記一対のミラー１８，１９は、上記ミラ
ー載置ブロック２２に取付けられた送りネジ２３によっ
て、ブロックベース２１上を前後するようになされてお
り、その配置位置が自由に調整できるようになされてい
る。したがって、ナイフエッジとしても機能するミラー
１８を調整すれば、ナイフエッジ調整とミラー調整が同
時に行えるという利点がある。また、ハーフミラー等を
使用しないので、投光・受光共に減衰しない。

【００２２】また、上記ミラー１８，１９に波長選択性
の高反射ミラーを使用すれば、照明光の入り込みを防止
でき、Ｓ／Ｎを上げることができる。また、ナイフエッ
ジとして用いられるミラー１８は、上記の構成のものの
他、例えば図７に示すような構造のものであってもよ
い。かかるミラー２４としては、例えばガラス板２５に
ナイフエッジとして使用する部分に金属膜２６を蒸着に
より形成したものであっもよい。

【００２３】上記センサ２０は、先の一対のミラー１
８，１９によって反射された戻り光を受光する一対のホ
トダイオードＰａ，Ｐｂからなる。そして、上記センサ
２０は、ミラー１９より反射された戻り光の光軸上であ
って、レーザーダイオード１５に近接した下側に設けら
れている。

【００２４】ここで簡単にナイフエッジ法の原理につい
て説明する。例えば、図３に示すように、ナイフエッジ
によって光量が半分とされたレーザ光がワーク（被測定
物４）に照射され、その戻り光（反射光）が所定間隔隔
てて設けられた一対のホトダイオードＰａ，Ｐｂの両方
に受光されたときが合焦点状態となる。これに対して、
いずれか一方のホトダイオードＰａ，Ｐｂにのみ戻り光
が入ったときには、図２又は図４に示すように近焦点状
態又は遠焦点状態となる。このときのホトダイオードＰ
ａ，Ｐｂの各出力の差分がフォーカスエラー信号とな
る。

【００２５】そして、上述のように構成された画像処理
装置においては、合焦点からの距離に応じてパルスモー
タにより、上記顕微鏡（対物レンズ１及び接眼レンズ
２）が被測定物４に対して接離されるように構成されて
いる。ここでのサーボは、合焦点近傍部までは顕微鏡を
被測定物４に対して高速で送り、合焦点近傍部では顕微
鏡を被測定物４に対して低速で送るようなサーボとされ
ている。

【００２６】かかるサーボを、図５に示すブロック図を
参照しながら説明すると、上記一対のホトダイオードＰ
ａ，Ｐｂの各出力の差分を検出する位置センサー２７か
らのフォーカスエラー信号を増幅器２８でアンプし、Ａ
／Ｄ変換器２９によってこのフォーカスエラー信号をデ
ィジタル信号に変換する。そして、ディジタル信号に変
換されたフォーカスエラー信号を、例えばパラレルイン
ターフェイス回路（Ｐ−Ｉ／Ｏ）３０を介してコンピュ
ータ３１に取り込む。

【００２７】かかるコンピュータ３１では、合焦点より
遠い場合には顕微鏡を高速で送るための多数のパルスを
発生させる遠焦点制御信号を、合焦点近傍では顕微鏡を
低速で送るための上記パルスよりも少ないパルスを発生
させる近焦点制御信号を出すようになっている。

【００２８】例えば、コンピュータ３１より遠焦点制御
信号が出された場合には、この遠焦点制御信号値がパラ
レルインターフェイス回路３２を介してＡ／Ｄ変換器３
３に入り、アナログ信号に変換され電圧を周波数に変換
するＶ−Ｆ変換器３４でパルスに置き替えられる。そし
て、パルスモータを動かす動力源としてのドライバ３５
を介してパルスモータ３６を高速で回転させる。

【００２９】一方、コンピュータ３１より近焦点制御信
号が出された場合には、この近焦点制御信号が並列配置
されるパラレルインターフェイス回路３７に入る。ここ
で、直接オン・オフして先のパルスよりも少ないパルス
を発生させ、上記ドライバ３５を介してパルスモータ３
６を低速で回転させる。なお、このパルスとＶ−Ｆ変換
器３４でのパルスは、ゲート３８に接続されており、上
記コンピュータ３１からの指令により切り替えが行われ
るようになっている。

【００３０】ところで、上記位置センサー２７からの出
力電圧特性は、図６に示すように、いわゆるＳ字カーブ
となっており、焦点が合うと出力電圧が零となり、遠く
なるとプラス、近づくとマイナスとなり、さらに遠く又
は近くでは再び零となる特性を示す。オートフォーカス
とするには、位置センサー２７からの出力電圧が常に零
となるように顕微鏡を動かしてやる必要があるが、フォ
ーカシング速度の向上を図るためには、ある時点でサー
ボを切替えるようにする。

【００３１】すなわち、合焦点近傍部まではＶ−Ｆ変換
器３４に多数のパルスを発生させてパルスモータ３６を
回転させることにより、顕微鏡を被測定物４に対して高
速で送る。そして、合焦点近傍部に近づいたら、今度は
サーボ定数を変えることにより直接パルスを発生させて
パルスモータ３６を回転させ、顕微鏡を被測定物４に対
して低速で送る。つまり、合焦点より遠いときには高速
で顕微鏡を送ってフォーカシング速度をかせぎ、合焦点
近傍部では低速で顕微鏡を送って精密な位置合わせを行
うようにサーボを切替えるようにする。

【００３２】以上のように構成された画像処理装置を用
いて被測定物４である磁気ヘッドのギャップ長やトラッ
ク幅を測定するには、以下のようにして行う。先ず、対
物レンズ１と対向する位置に被測定物４を固定する。次
に、光源７からの可視光を光ファイバ８によって引き出
し、これをレンズ９，１０，１１を通して２枚のハーフ
ミラー１２，１３で反射させ、対物レンズ１を介して被
測定物４上に照射させる。

【００３３】この結果、被測定物４で反射した可視光が
ＣＣＤカメラ３へと導かれ、当該ＣＣＤカメラ３によっ
て画像信号として取り出される。

【００３４】次に、レーザーダイオード１５よりレーザ
光を発射せしめる。すると、レンズ１６を通って分散さ
れたレーザ光が、ミラー１８によって半分にカットされ
る。その半分にカットされたレーザ光は、次のレンズ１
７を通った後、最初のハーフミラー１２を通過して次の
ハーフミラー１３で反射し、上記対物レンズ１を介して
被測定物４上に半円のスポットを結ぶ。

【００３５】被測定物４で反射した半円のレーザ光は、
再び対物レンズ１を通り元来たルートを戻るが、ナイフ
エッジとして機能するミラー１８部分では半円の光束は
ミラー側に戻って来ているので、このミラー１８で反射
する。そして、このミラー１８の下に設けられるミラー
１９で再度反射した後、戻り光がセンサ２０に導かれ
る。

【００３６】そして、上記センサ２０からの出力信号が
位置センサ２７に出力されて当該位置センサ２７からの
出力電圧が常に零となるようにサーボがかけられる。す
なわち、合焦点近傍までは高速で顕微鏡が送られ、合焦
点近傍部では低速で顕微鏡が送られるようにサーボ切替
えが行われて、合焦点位置が定められる。このようにす
れば、フォーカシング速度を上げることができるととも
に、フォーカシング時間の大幅な短縮が図れる。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係る焦点検出方法によれば、合焦点近傍までは高速
で顕微鏡を送り、合焦点近傍部では低速で顕微鏡を送る
ようにサーボを切り替えているので、フォーカシング速
度を上げることができるとともに、精密な位置出しが行
え、フォーカシング時間の大幅な短縮を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】画像処理装置の基本的構成を一部破断して示す
正面図である。

【図２】ナイフエッジ法の原理を説明するための原理図
であり、近焦点状態を示す図である。

【図３】ナイフエッジ法の原理を説明するための原理図
であり、合焦点状態を示す図である。

【図４】ナイフエッジ法の原理を説明するための原理図
であり、遠焦点状態を示す図である。

【図５】サーボ構成を示すブロック図である。

【図６】出力電圧特性を示す図である。

【図７】ナイフエッジ機能を備えるミラーを示す側面図
である。

【図８】磁気ヘッド摺動面部分の画像情報を示す図であ
る。

【図９】山登り法の原理を説明するための図である。

【符号の説明】１・・・対物レンズ２・・・接眼レンズ３・・・ＣＣＤカメラ４・・・被測定物５・・・ベースプレート７・・・光源８・・・光ファイバ１２，１３・・・ハーフミラー１５・・・レーザーダイオード１８・・・ミラー（ナイフエッジ機能を備えたミラー）１９・・・ミラー２７・・・位置センサ３６・・・パルスモータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 5/232 Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合焦点からの距離に応じてパルスモータ
により顕微鏡を被測定物に対して接離操作するに際し、合焦点近傍部までは顕微鏡を被測定物に対して高速で送
り、合焦点近傍部では顕微鏡を被測定物に対して低速で
送るようにサーボを切替えることを特徴とする焦点検出
方法。