(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像対象を撮像するための撮像手段と、
この撮像手段を前記撮像対象に対してマニュアルでフォーカス調整するための操作手段と、
前記撮像手段で撮像された撮像対象の画像を記憶する画像記憶手段と、
この画像記憶手段に記憶された撮像対象の画像を表示する表示手段と、
前記画像記憶手段に記憶された撮像対象の画像からそのコントラスト値を逐次算出するコントラスト算出手段と、
このコントラスト算出手段で算出されたコントラスト値を示すインジケータを前記表示装置に表示させるインジケータ表示手段と
を備え、
前記インジケータ表示手段は、コントラスト値のピーク値を監視し、コントラスト値のピーク値が検出される前では予想されるコントラスト値の最大値よりも大きい値が前記インジケータの１００％表示となるようにコントラスト値を表示し、コントラスト値のピーク値が検出された後はコントラスト値のピーク値が前記インジケータの１００％表示となるようにコントラスト値を表示するものである
ことを特徴とする画像機器のフォーカス調整装置。
【請求項２】
撮像対象を撮像するための撮像手段と、
この撮像手段を前記撮像対象に対してマニュアルでフォーカス調整するための操作手段と、
前記撮像手段で撮像された撮像対象の画像を記憶する画像記憶手段と、
この画像記憶手段に記憶された撮像対象の画像を表示する表示手段と、
前記画像記憶手段に記憶された撮像対象の画像からそのコントラスト値を逐次算出するコントラスト算出手段と、
このコントラスト算出手段で算出されたコントラスト値を示すインジケータを前記表示装置に表示させるインジケータ表示手段と
を備え、
前記インジケータ表示手段は、コントラスト値のピーク値を検出する前にコントラスト曲線を推定してコントラスト値のピーク値で前記インジケータが１００％表示となるようにコントラスト値を表示するものである
ことを特徴とする画像機器のフォーカス調整装置。
【請求項３】
前記インジケータは、前記コントラスト値をグラフィックイメージによって表示するグラフィックインジケータであることを特徴とする請求項１又は２記載の画像機器のフォーカス調整装置。
【請求項４】
前記インジケータは、前記コントラスト値を粗い単位で表示する粗スケールと細かい単位で表示する細スケールとを組み合わせたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の画像機器のフォーカス調整装置。
【請求項５】
前記インジケータ表示手段は、前記コントラスト値がピーク値に近づくほどフォーカス調整量に対するコントラスト値の変化が大きくなるように前記インジケータを表示するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の画像機器のフォーカス調整装置。
【請求項６】
前記インジケータ表示手段は、前記コントラスト値を数値によって表示するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の画像機器のフォーカス調整装置。
【請求項７】
前記インジケータ表示手段は、前記撮像手段のフォーカス調整量を表示するものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の画像機器のフォーカス調整装置。
【請求項８】
前記撮像手段のフォーカス調整量を記憶するフォーカス調整量記憶手段を更に備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の画像機器のフォーカス調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、非接触三次元測定機等の画像測定装置、顕微鏡、カメラ等の画像機器に関し、特に撮像対象を撮像して得られた画像のマニュアル操作によるフォーカス調整を容易にする画像機器のフォーカス調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＣＮＣ（Computer Numerical Control）画像測定装置や手動操作式画像測定装置では、被測定対象であるワークを撮像して得られたワーク画像からエッジ上の座標値を検出することにより、種々の測定値を算出する。正確な測定を行うためには、画像のピントが正確に合っていることが必要である。従来、この種の画像測定装置において、マニュアル操作でワーク画像のフォーカス調整を行う場合、作業者は表示装置の画像を見ながらレンズを光軸方向に移動させて肉眼でピントが合ったかどうかを確認している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のフォーカス調整方法では、正確に焦点が合っているかどうかが分からず、個人差もあって再現性や合焦位置精度に問題があった。特に精度が要求される画像測定機においては、合焦位置のずれがそのまま光軸方向の測定精度に影響するので、より精度の高い合焦方法が望まれていた。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、画像のフォーカス調整作業を容易化すると共に、合焦位置の精度や再現性を向上させることができる画像機器のフォーカス調整装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の画像機器のフォーカス調整装置は、撮像対象を撮像するための撮像手段と、この撮像手段を前記撮像対象に対してマニュアルでフォーカス調整するための操作手段と、前記撮像手段で撮像された撮像対象の画像を記憶する画像記憶手段と、この画像記憶手段に記憶された撮像対象の画像を表示する表示手段と、前記画像記憶手段に記憶された撮像対象の画像からそのコントラスト値を逐次算出するコントラスト算出手段と、このコントラスト算出手段で算出されたコントラスト値を示すインジケータを前記表示装置に表示させるインジケータ表示手段とを備え、前記インジケータ表示手段は、コントラスト値のピーク値を監視し、コントラスト値のピーク値が検出される前では予想されるコントラスト値の最大値よりも大きい値が前記インジケータの１００％表示となるようにコントラスト値を表示し、コントラスト値のピーク値が検出された後はコントラスト値のピーク値が前記インジケータの１００％表示となるようにコントラスト値を表示するものであることを特徴とする。
本発明に係る第２の画像機器のフォーカス調整装置は、撮像対象を撮像するための撮像手段と、この撮像手段を前記撮像対象に対してマニュアルでフォーカス調整するための操作手段と、前記撮像手段で撮像された撮像対象の画像を記憶する画像記憶手段と、この画像記憶手段に記憶された撮像対象の画像を表示する表示手段と、前記画像記憶手段に記憶された撮像対象の画像からそのコントラスト値を逐次算出するコントラスト算出手段と、このコントラスト算出手段で算出されたコントラスト値を示すインジケータを前記表示装置に表示させるインジケータ表示手段とを備え、前記インジケータ表示手段は、コントラスト値のピーク値を検出する前にコントラスト曲線を推定してコントラスト値のピーク値で前記インジケータが１００％表示となるようにコントラスト値を表示するものであることを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、インジケータ表示手段が、表示手段に画像のコントラスト値を示すインジケータを表示させるようにしているので、作業者は、操作手段によってマニュアル調整する際に、インジケータを参照しながら操作することができる。これにより、マニュアルでのピント合わせの操作が簡単化され、フォーカス位置精度が向上し、作業者によるばらつきも解消され、繰り返し精度も増す。インジケータ表示手段は、画像の最大コントラスト時に１００％表示となるようにコントラスト値を表示するので、マニュアル調整時にコントラストが常に１００％となるように合わせ込めば良く、フォーカス調整が更に容易になる。
【０００７】
インジケータは、コントラスト値を数値によって表示するものでも良いが、コントラスト値をグラフィックイメージによって表示するグラフィックインジケータであると、コントラスト値を定量値で直感的に把握することができ、作業がより簡単化される。両者を併せて用いれば、グラフィックス表示による直感的な値と数値による正確な値とを同時に把握することができるので、より好ましい。
【０００８】
また、インジケータは、コントラスト値を粗い単位で表示する粗スケールと細かい単位で表示する細スケールとを組み合わせたものであると、ピーク時において正確な合焦位置に合わせ込むのが容易になる。同様の理由から、インジケータ表示手段は、例えば逆対数目盛表示のように、コントラスト値がピーク値に近づくほどフォーカス調整量に対するコントラスト値の変化が大きくなるようにインジケータを表示するものであっても良い。
【０００９】
また、例えば三次元画像計測機等では、フォーカス調整量がＺ軸（光軸）方向の測定値となることがある。このため、インジケータ表示手段は、撮像手段のフォーカス調整量を表示するものであると、このような機器においては有効である。同様に、撮像手段のフォーカス調整量を記憶するフォーカス調整量記憶手段を更に備えておくと、測定機等では測定値として利用することができ、また、再度の合焦調整の際に再利用して調整の手間を省くことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は、この発明の画像機器のフォーカス調整装置が適用されるＣＮＣ三次元画像測定装置の全体構成を示す斜視図である。
この装置は、非接触画像計測型の測定機本体１と、この測定機本体１を駆動制御すると共に必要な測定データ処理を実行するコンピュータシステム２と、測定機本体１をマニュアル操作するための指令入力部３と、計測結果をプリントアウトするプリンタ４とにより構成されている。
【００１１】
測定機本体１は、次のように構成されている。即ち、架台１１上には、被測定対象であるワーク１２を載置する測定テーブル１３が装着されており、この測定テーブル１３は、図示しないＹ軸駆動機構によってＹ軸方向に駆動される。架台１１の後端部には上方に延びるフレーム１４が固定されており、このフレーム１４の上部から前面に張り出したカバー１５の内部には、測定テーブル１３を上部から臨むように図示しないＸ軸及びＺ軸駆動機構に駆動される撮像手段としてのＣＣＤカメラ１６が取り付けられている。ＣＣＤカメラ１６の下端には、ワーク１２に照明光を照射するためのリング状の照明装置１７が備えられている。
【００１２】
コンピュータシステム２は、コンピュータ本体２１、キーボード２２、マウス２３及びＣＲＴディスプレイ２４を備えて構成されている。
コンピュータ本体２１を中心とするこのシステムは、例えば図２に示すように構成されている。即ち、ＣＣＤカメラ１６で捉えたワーク１２の画像信号は、ＡＤ変換部３１で多値画像データに変換され、画像記憶手段としての多値画像メモリ３２に格納される。多値画像メモリ３２に格納された多値画像データは、表示制御部３３の動作によって表示手段としてのＣＲＴディスプレイ２４に表示される。一方、キーボード２２及びマウス２３からのオペレータの指令は、インタフェース（Ｉ／Ｆ）３４を介してＣＰＵ３５に伝えられる。ＣＰＵ３５は、前記オペレータの指令又はプログラムメモリ３６に格納されたプログラムに従ってステージ移動等の各種の処理を実行する。ワークメモリ３７は、ＣＰＵ３５の各種処理のための作業領域を提供する。
【００１３】
また、ＣＣＤカメラ１６のＸ軸方向位置及びＺ軸方向位置を検出するためのＸ軸エンコーダ４１及びＺ軸エンコーダ４３、並びにテーブル１３のＹ軸方向位置を検出するためのＹ軸エンコーダ４２が設けられ、これらエンコーダ４１〜４３からの出力はＣＰＵ３５に取り込まれる。ＣＰＵ３５は、取り込まれた各軸位置の情報と前述したオペレータの指令に基づいて、Ｘ軸駆動系４４及びＺ軸駆動系４６を介してＣＣＤカメラ１６をＸ軸及びＺ軸方向に駆動し、Ｙ軸駆動系４５を介してテーブル１３をＹ軸方向に駆動する。これにより、ステージ移動操作が実現される。更に、照明制御部３９は、ＣＰＵ３５で生成された指令値に基づいてアナログ量の指令電圧を生成し照明装置１７に印加する。
【００１４】
この画像測定装置におけるフォーカス調整は、指令入力部３、キーボード２２及びマウス２３等の操作手段によって、ＣＰＵ３５を介してＺ軸駆動系４６を駆動することにより実現される。Ｚ軸駆動系４６は、ＣＣＤカメラ１６又はその光学系をＺ軸方向に駆動する。これに伴って、ＣＲＴディスプレイ２４上に表示されるワークの画像のコントラストが変化する。コントラスト値は、ＣＲＴディスプレイ２４上にグラフィックインジケータによって表示される。
【００１５】
図３は、コントラストＣとグラフィックインジケータ５１の表示例を示す図である。コントラストＣは、グラフィックインジケータ５１によってレベルチャートの形態で表示される。グラフィックインジケータ５１のイメージデータは、プログラムメモリ３６に格納され、コントラストに対応したレベル値はワークメモリ３７に格納される。ＣＰＵ３５は、一定の時間間隔又は一定のＺ軸移動量毎に多値画像メモリ３２に記憶された画像データからコントラストを算出するコントラスト算出手段と、算出されたコントラストに基づいてレベルチャートのレベル値を算出し、プログラムメモリ３６に記憶されたイメージデータからレベル値に基づくチャートイメージを合成してグラフィックインジケータ５１を生成するインジケータ表示手段を構成する。画像のコントラストＣは、例えば次のように求めることができる。
【００１６】
【数１】
0003673076.tif 000002
【００１７】
ここで、ｇx,yは、ＸＹ座標平面上の（ｘ，ｙ）に位置する画素の輝度値である。ｍ×ｎ画素について計算を行うが、予めウィンドウを設定しておいて、計算に供する画像データの数を減らしておくことは有効である。
【００１８】
図３に示すように、コントラストＣのピーク値がレベルチャート上の１００％表示となるような表示がなされると、フォーカス調整作業が容易になり、作業者によるばらつきも減少する。図４は、そのような表示処理を行うためのＣＰＵ３５の処理を示すフローチャートである。なお、この処理は、例えばＺ軸が一定値移動する度、一定の時間間隔毎又はこれらを適宜併用して駆動される。
【００１９】
まず、コントラスト値Ｃが算出され（Ｓ１）、そのコントラスト値Ｃと記憶されている最大値Ｃmaxとが比較され（Ｓ２）、Ｃ＞Ｃmaxのときにはピーク値をまだ検出していない状態であるため、Ｃmaxを更新し（Ｓ３）、Ｃ／Ｋをレベル値として表示する（Ｓ４）。ここで、Ｋは適当な係数であり、レベルチャートがオーバーフローしないように、最も高いコントラストが得られる画像のコントラストのピーク値よりも若干大きな値に設定しておく。また、ＣがＣmax以下のときには（Ｓ２）、既にピーク値がＣmaxとして検出されているので、Ｃ／Ｃmaxをレベル値として表示する（Ｓ５）。
【００２０】
これにより、コントラスト値Ｃのピーク値が検出される前は、グラフィックインジケータ５１のレベルチャートは実際のピーク値に対する割合よりも小さい値として表示されるが、一旦、ピーク値が検出されると、以後はピーク値で１００％となるように表示が修正されることになる。
【００２１】
コントラスト値Ｃのピークを検出する前にコントラスト曲線を推定して、ピーク位置で１００％表示となるように調整することもできる。明暗の差が大きい画像と、明暗の差が小さい画像とでは、コントラスト曲線が異なってくるが、コントラスト曲線の微分曲線（傾き）のピーク値を求めることによってコントラスト曲線（ピーク値）をある程度推定することができる。また、図５に示すように、コントラスト曲線の微分曲線が一定の範囲（±Ａ）に入った時点でレベルチャートに表示するようにしても良い。この場合、Ｚ軸の増加方向の移動に対して、微分曲線が減少傾向を示す区間のデータを使用する。即ち、前回のＺ値ｚi-1及び微分値ａi-1と今回のＺ値ｚi及び微分値ａiとを用いて、
【００２２】
【数２】
Ｖ＝（ａi−ａi-1）／（ｚi−ｚi-1）
［但し、
ａi＝（Ｃi−Ｃi-1）／（ｚi−ｚi-1）］
【００２３】
を求め、評価値Ｖが負の値であればピーク近傍であると判断する。
【００２４】
ピーク近傍のみを表示すると、調整操作の初期の段階でＺ軸のどちらの方向にフォーカス調整して良いのかの判断が付きにくいので、例えば図６に示すように、粗（COARSE）スケールインジケータ６１と細（FINE）スケールインジケータ６２とを併用して、全体的な合焦位置の方向性と正確性とを同時に満たすようにすると更に良い。
【００２５】
図７及び図８は、粗・細併用表示処理のフローチャートである。この処理も例えばＺ値が一定量変化する毎、一定の時間間隔毎又はこれらを適宜併用して起動される。まず、図７において、コントラスト値Ｃiが求められ（Ｓ１１）、次に前回サンプリング時からのコントラスト曲線の傾きａiとその変化（ａi−ａi-1）を評価する（Ｓ１２）。即ち、上述した評価値Ｖが負の値で、且つ傾きａiが図５における±Ａの範囲内であるかどうかによってコントラスト曲線のピーク値近傍であるかどうかを判定し（Ｓ１３）、ピーク値近傍でなければ、粗スケールインジケータ６１にＣi／Ｋのレベルを表示する（Ｓ１４）。ここでＫは、前述と同様にオーバーフローしないような適当な係数である。ピーク値近傍に達したら、そのときのコントラスト値Ｃiを変数ＣCOARに格納し（Ｓ１５）、FINE表示処理に移行する。
【００２６】
FINE表示処理では、図８に示すように、まず、コントラスト値Ｃiを算出し（Ｓ２１）、求めたコントラスト値ＣiとＣCOARとの大小比較を行い（Ｓ２２）、コントラスト値ＣiがＣCOARを下回ったら、ピーク値近傍を外れたので、ステップＳ１４に戻り、以後は再度図７のCOAR表示処理を実行する。コントラスト値Ｃiがピーク値近傍範囲内である場合には、Ｃi／Ｋのレベルを粗スケールインジケータ６１に表示すると共に（Ｓ２３）、１−｜ａi｜／Ａのレベルを細スケールインジケータ６２に表示する（Ｓ２４）。これにより、ピーク値近傍でのコントラスト値の合わせ込みが容易になる。
【００２７】
なお、このような粗・細併用表示に代わりに、例えば図９に示すように、コントラスト値が１００％に近づくほどフォーカス調整量に対するコントラスト値の変化が大きくなるようにインジケータを表示するものでも良い。
【００２８】
また、コントラスト値（％表示）は、数値によって表示するものでも良いし、数値と上述したグラフィックレベル表示とを併用するようにしても良い。更に、図１０に示すように、フォーカス調整量、即ち上記の例ではＺ軸の値を数値として併用表示するようにしても良い。三次元画像測定機では、このフォーカス調整量が同時にＺ軸の測定値ともなるので、この値は重要である。コントラストのピーク値が得られたら、「了解」ボックスをマウスなどでクリックすることにより、そのときのフォーカス調整量を、ＸＹ座標値と共に、例えばフォーカス調整量記憶手段としてのワークメモリ３７に記憶しておけば、測定値としても利用できるし、以後、同一位置及びその近傍に位置したときに自動フォーカス調整を行うことも可能になり、作業効率の向上、再現性の向上、及び測定精度の向上を図ることができる。
【００２９】
なお、以上の実施例では、三次元画像測定機に本発明を適用した例を示したが、本発明は、投影機、顕微鏡、カメラ等の他の画像機器のフォーカス調整にも適用可能であることはいうまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、インジケータ表示手段が、表示手段に画像のコントラスト値を示すインジケータを表示させるので、作業者は、操作手段によってマニュアル調整する際に、インジケータを参照しながら操作することができ、マニュアルでのピント合わせの操作が簡単化され、フォーカス位置精度が向上し、作業者によるばらつきも解消され、繰り返し精度も増すという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係るＣＮＣ画像測定装置の斜視図である。
【図２】  同装置におけるコンピュータシステム及びその周辺の構成を示すブロック図である。
【図３】  同装置におけるコントラスト値とそのインジケータの一例を示す図である。
【図４】  同インジケータの表示処理を示すフローチャートである。
【図５】  コントラスト曲線とその微分値との関係からコントラスト値のピーク値近傍を説明するための図である。
【図６】  粗・細併用表示インジケータの例を示す図である。
【図７】  同インジケータの粗表示処理を示すフローチャートである。
【図８】  同インジケータの細表示処理を示すフローチャートである。
【図９】  本発明の他の実施例に係るインジケータの例を示す図である。
【図１０】  本発明の更に他の実施例に係るインジケータの例を示す図である。
【符号の説明】
１…測定機本体、２…コンピュータシステム、３…指令入力部、４…プリンタ、１１…架台、１２…ワーク、１３…測定テーブル、１４…フレーム、１５…カバー、１６…ＣＣＤカメラ、１７…照明装置、２１…コンピュータ本体、２２…キーボード、２３…マウス、２４…ＣＲＴディスプレイ、３１…ＡＤ変換部、３２…多値画像メモリ、３３…表示制御部、３４…インタフェース、３５…ＣＰＵ、３６…プログラムメモリ、３７…ワークメモリ、３９…照明制御部、４１…Ｘ軸エンコーダ、４２…Ｙ軸エンコーダ、４３…Ｚ軸エンコーダ、４４…Ｘ軸駆動系、４５…Ｙ軸駆動系、４６…Ｚ軸駆動系、５１…インジケータ、６１…粗スケールインジケータ、６２…細スケールインジケータ。
【図１】
0003673076.tif 000003
【図２】
0003673076.tif 000004
【図３】
0003673076.tif 000005
【図４】
0003673076.tif 000006
【図５】
0003673076.tif 000007
【図６】
0003673076.tif 000008
【図７】
0003673076.tif 000009
【図８】
0003673076.tif 000010
【図９】
0003673076.tif 000011
【図１０】
0003673076.tif 000012