JPH0738046B2 - 内部的構造を有する半透光性シート状試料の表面検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ．産業上の利用分野 本発明は光学顕微鏡の自動焦点検出装置に関する。

ロ．従来の技術 カメラとか顕微鏡等の光学的な結像装置における自動焦
点調設装置は種々なものが提案されている。これらの提
案の内容は大別すると次の三種になる。その一つは三角
測量方式によるもので顕微鏡には適さない。他の一つは
光学的な映像を電気的な映像信号に変換し、映像信号を
解析して焦点検出を行うもので、映像信号の解析手法に
ついて種々の提案がなされているものである。残りの一
つは対象物について視差を有する二つの像を形成する方
式である。

上記した三種の焦点調節方式のうち三角測量方式を除く
二者は何れもコントラストのついた映像が得られること
を前提としているので、無地のシートの表面検査を顕微
鏡を用いて行うと云うような場合には焦点調節の標的に
なるパターンを無地のシートの上に、光の濃淡で投影す
るなどの特別な工夫をしないと応用できないものであ
る。シート面の検査を行う場合、顕微鏡の下でシートを
移動させるが、このときシートの移動に伴ってシート表
面が上下に動かなければ、シートの検査に影響を与えな
い位置に検出用のマークを付しておいて、そのマークに
対して焦点合わせをしておけばよいが、表面に凹凸があ
る場合にはシートを動かす度に焦点合わせをしなければ
ならない。巨視的に見て平滑な面で、シートの移動によ
って上下しないような場合でも、高倍率の顕微鏡で検査
しなければならない場合、顕微鏡の焦点深度が浅く視野
がせまいから微少な凹凸でも被検面の上下となって焦点
外れが起るから、被検面の移動に伴って常に焦点合わせ
を行っている必要がある。しかるに無地のシート面の高
倍率顕微鏡による検査に対して既提案の焦点調節装置は
適応性がない。

ハ．発明が解決しようとする問題点 本発明は巨視的には表面が無地平滑で、幾らかの透光性
を有し、内部的には微視的な組織構造を有する紙、プラ
スチックなどのシート、例えば濾過膜用のプラスチック
シートの表面の顕微鏡による検査等において、顕微鏡の
自動的な焦点調節を可能にしようとするものである。

ニ．問題点解決するための手段 顕微鏡による表面観察装置において、試料を表面側から
照明する手段と裏面側から照明する手段を切換え可能と
し、焦点合せの際裏面側照明手段を選択し、そのときの
顕微鏡による像を撮像手段で撮像して得られる映像信号
に合焦度評価演算を施して評価値が最大になるように顕
微鏡を駆動する制御手段を設けた。

ホ．作用 幾らかの透光性のあるシートの表面を観察する場合表面
側から照明する必要があるが、表面が無地平滑な場合、
傷か付着物がない限り顕微鏡像にはコントラストがつか
ない。従って表面側からの照明によって焦点検出を行う
ことはできない。本発明では焦点調節の場合、試料を裏
面から照明するが、このとき試料内部の微視的組織の陰
影像が表面に投射され、顕微鏡像にはコントラストが現
れる。このコントラストについて適当な合焦度評価を行
って合焦評価値が最大になるようにした場合、微視的組
織は試料の厚さ方向に広がりを有するから、試料が透明
であると顕微鏡の焦点は厚さ方向のどこに合うか不定と
なるが、本発明の対象は不透明性の試料であるから、顕
微鏡像のコントラストは試料表面に現われた内部組織に
よる明暗の変化によるものであって、このコントラスト
に対する合焦度を最大にすれば、それは結局試料表面に
焦点が合っていることになるのである。

ヘ．実施例 第１図は本発明の一実施例を示す。１は顕微鏡の対物レ
ンズ、２はリレーレンズで３は顕微鏡像を撮像するテレ
ビカメラ、４はテレビカメラ３から出力される映像信号
を処理して合焦度評価信号を出力する焦点検出回路、５
は装置全体の制御回路である。制御回路５は動作モード
が焦点調節モードである間、焦点検出回路４の出力を取
込み、顕微鏡の試料ステージ６の上下機構７を駆動する
パルスモータ８に駆動信号を送り、焦点検出回路４から
出力される合焦度評価信号が最大になるように試料ステ
ージ６を上下させる。

９は試料面検査時の反射照明用光源で、照明用光束はレ
ンズ10、開口絞り11、レンズ12、フィルタ13、電子シャ
ッター14、視野絞り15、レンズ16、半透明鏡17を通して
顕微鏡の光軸上に導かれ、顕微鏡対物レンズ１にって試
料Ｓの表面上に集光せしめられる。

18は焦点調節時の透過照明用光源で、透過照明光束はレ
ンズ19、絞り20、鏡21,レンズ22、電子シャッタ23、コ
ンデンサレンズ24を通して試料に集光せしめられる。

25は電子シャッター14,23を駆動する直流高圧電源で、
その出力電圧は切換スイッチ26を介して電子シャッタ14
或は23に印加される。切換スイッチ26は制御回路５によ
って操作され、検査モード時には電子シャッタ14側に切
換えられて、電子シャッタ14を透光状態にする。この間
電子シャッタ23は遮光状態である。焦点調節モードでは
切換スイッチ26は電子シャッター23側に切換わり、同シ
ャッタが透光状態となる。両モードの切換えは比較的高
速で行われるので、光源9,18は点灯したまゝにして、シ
ャッタ14,23の操作で光源の切換えを行っており、電子
シャッタの方が機械的シャッタより高速に開閉でき、運
動部分がないから装置に振動を与えず、高倍率での検査
を可能にするものである。

次にこの実施例の装置の動作の一例を説明する。試料Ｓ
を試料ステージ６上にセットし、試料面を縦横に0.1mm
角程度の小領域に区分し、試料ステージをX,Y方向に移
動させて一区分ずつ順次1000倍の倍率で検査して行く。
制御回路５は不図示の試料ステージＸ−Ｙ駆動機構を制
御して試料を一区分だけ移動させると、焦点調節モード
になり、シャッタ14を閉じ、23を開いて試料を裏面から
照明しテレビカメラ３の出力から予め決めてある一本の
或は所定本数の走査線に沿う映像信号を焦点検出回路４
に取込み、同回路で合焦度評価演算を行わせる。次に試
料ステージをパルスモータ８の一パルス或は所定パルス
分だけ上方（下方でもよいが予め決めておく）に動か
し、再び同じ走査線に沿う映像信号について回路４で合
焦度評価演算を行わせ、前回の合焦度評価値と比較し、
その増減によって試料ステージの上下の移動方向を決め
る。前後二つの合焦度が同じときは現在の試料ステージ
位置を合焦位置とする。試料ステージの上下移動の向き
が決定されたら、パルスモータ８を一パルス或は所定パ
ルス数ずつ駆動させながらその都度、上記と同じ走査線
の映像信号について合焦度評価演算を行わせ、前回の合
焦度と比較して評価値が増加する限り、同じ動作を繰返
し、今回評価値が前回と同じか低下したとき合焦判定の
信号を出し、スイッチ26を操作してシャッタ23を閉じ、
14を開かせて、装置は検査モードとなり、検査モードで
はテレビカメラ３から一フレーム分の映像信号を取込
む。この信号は通常殆んどコントラストがない信号で、
制御回路５はこの映像信号内に所定レベル以上或は以下
の部分がないかチェックし、ない場合は試料面の観測区
分は合格とし、試料ステージ６のXY座標データと共にメ
モリに記憶させ、所定レベルを越える信号が含まれてい
たときはその区分は不良として試料ステージ座標と共に
メモリに記憶させて、その区分の検査を終り、試料ステ
ージのＸ−Ｙ駆動装置を制御して次の検査区分に移り、
上述動作を繰返す。このようにして試料全面の検査が終
了したら、検出された不良区画の数とかその位置によっ
て試料全体の評価を行う。

この実施例における合焦度評価演算は次のようなもので
ある。第２図は一本の走査線に沿う映像信号である。こ
の映像信号の隣り合う一画素または所定間隔毎の画素の
信号強度を端から順にX1,X2,X3…とすると評価値Ｖを上
下変動の総和 Ｖ＝|X1−X2|＋|X2−X3|＋|X3−X4|＋… とするものである。もっとも合焦点評価演算はこれらに
限られるものではない。

低倍率による表面検査の場合、表面側から照明によって
も、表面の細かい凹凸が映像信号にコントラストを与え
るから、表面反射光による映像信号で焦点調節を行えば
よく、上述実施例でもこのような低倍率検査時用の焦点
調節動作が可能なようになっている。高倍率の場合は視
野がせまく、焦点深度が浅くなるので低倍率時に映像の
コントラストを与えた凹凸であっても対物レンズに対す
る試料面の上下となって表われ表面反射による映像信号
のコントラストが殆んどなくなって焦点検出が困難にな
り、本発明が必要となるのである。

ト．効果 本発明は、表面が無地平滑で表面反射光による顕微鏡像
ではコントラストが殆んど認められず焦点検出が困難な
場合でも、不透明で幾分か透光性を有し、内部が組織的
不均一であるような場合、裏面からの照明によって得ら
れる顕微鏡像によって焦点検出が可能なことを見出した
もので、これによって従来困難であった表面が無地平滑
なシート類の顕微鏡による表面観察，検査の自動化が可
能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置のブロック図、第２図は
同実施例における合焦度評価演算法を説明するグラフで
ある。 １…顕微鏡の対物レンズ、３…テレビカメラ、４…焦点
検出回路、５…制御回路、６…試料ステージ、７…試料
ステージ上下機構、９…反射照明用光源、18…透過照明
用光源、24…コンデンサレンズ、14,23…電子シャッ
タ、26…切換スイッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 華谷 勝 兵庫県尼崎市常光寺４丁目３番１号 神崎 製紙株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−254806（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−118710（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−60341（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭13−1897（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】顕微鏡と、顕微鏡の反射照明系と透過照明
   系と、上記両照明系の切換え手段と、顕微鏡像撮像手段
   と、撮像手段の出力信号によって焦点検出を行う焦点検
   出回路と、上記顕微鏡の試料ステージを上下駆動する手
   段と、制御回路とよりなり、 制御回路によって 焦点調節モードでは照明系切換え手段を透過照明系動作
   側に切換え、試料ステージ上下駆動手段によって試料ス
   テージを上下させ、焦点検出回路より合焦信号が出力さ
   れたとき試料ステージの駆動を停止すると共に照明系切
   換え手段を反射照明系動作側に切換え、 検査モードでは、上記反射照明系動作状態で前記撮像手
   段の出力に対して試料表面検査のためのデータ処理を行
   わせるようにしたことを特徴とする内部的構造を有する
   半透光性シート状試料の表面検査装置。