(57)【要約】      （修正有）【課題】ズームレンズを備えたデジタルマイクロスコープにおいて、ステッピングモーターによる、ピント調整の高精度化を図る。【解決手段】ステッピングモーター４を利用してズーミングを行うデジタルマイクロスコープにおいて、そのズームレンズ系１１の入光側にリニーク型干渉縞発生装置を位置させ、ズーミング操作時のピント調整をこのリニーク型干渉縞発生装置で発生させた干渉縞の明暗のコントラスト情報をもとに行うことで、１パルス０．３６°以下の分解能で前記ステッピングモーター４を制御することができ、これによりピント調整の高精度化を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモーターを利用してズーミング操作を行うデジタルマイクロスコープにおいて、そのズームレンズ系の入光側にリニーク型干渉縞発生装置を取り付け、ズーミング操作時のピント調整をこのリニーク型干渉縞発生装置で発生させた干渉縞の明暗のコントラスト情報をもとに行うことで、１パルス０．３６°以下の分解能で前記ステッピングモーターを制御するズームレンズを用いたデジタルマイクロスコープにおけるピント調整方法。
【請求項２】
リニーク型干渉縞発生装置の結像系がズームレンズである干渉式ズームレンズ系にCCDカメラもしくはCMOSカメラが接続され、被写体を照明する照明系を有し、被写体の撮影の際はオートフォーカス動作を行い、また撮影した画像を利用してマルチフォーカス処理を行い、この処理画像を記録する画像処理部とそれらの各画像を表示する表示部から成る画像処理装置とからなり、前記干渉式ズームレンズ系が上下方向に移動可能なステージ部に固定されていて、前記干渉式ズームレンズ系を上下方向に移動させてピント調整を行うことが可能に構成されていると共にズーミング操作時のピント調整を前記リニーク型干渉縞発生装置で発生させた干渉縞の明暗のコントラスト情報を基に行うピント制御手段を設けてなるデジタルマイクロスコープにおけるピント調整装置。
【請求項３】
前記干渉式ズームレンズ系において、干渉を発生させる参照光の光路上にその光路を開閉する光路遮断手段を設け、これにより参照光の光路を閉じることで干渉縞の無い画像を生成し、前記CCDカメラもしくはCMOSカメラで撮影できるように構成してなる請求項２に記載のデジタルマイクロスコープにおけるピント調整装置。
【請求項４】
前記上下方向に移動可能なステージ部は手動で上下移動可能な構造及び、ステッピングモーターを使用して電動で上下移動できる構造を備えてあり、前記ステッピングモーターはステッピングモーター制御部により制御することができると共に、必要な場合は前記電動で上下移動する構造部は取り外して、手動のみでのズーミング操作もできるように構成してなることを特徴とする請求項２に記載のデジタルマイクロスコープにおけるピント調整装置。
【請求項５】
前記ステッピングモーター駆動の制御はパルス駆動制御に併せて干渉縞の明暗のコントラストの変化を利用して制御できるように構成してなることを特徴とする請求項２に記載のデジタルマイクロスコープにおけるピント調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ズームレンズを備えたCCDカメラもしくはCMOSカメラにおけるピント調整方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被写体の撮影やその撮影画像の処理を行う画像処理装置としてはデジタルマイクロスコープが知られている。
このデジタルマイクロスコープは、ズームレンズ、カメラ、照明系、画像処理コントローラー、画像表示部が一体化された装置で、被写体の撮影やその画像処理などの一連の作業をこの装置１台で行うことができる。
【０００３】
この装置では、ステッピングモーターでレンズを上下方向に移動させて、被写体にピントを合わせるオートフォーカス動作（特許文献１：特開2005-338255）や、レンズを定められた移動量で上または下方向にステップ的に移動して、各ステップで撮像した画像を合成して、被写体の凹凸に関わらず画像全体でピントが合った画像を作成するマルチフォーカス処理（特許文献２：特開2004-194075）などを行うことができる。
【０００４】
しかしながら、ズームレンズの上下移動はステッピングモーターを使用しているため、移動量の最小分解能はステッピングモーターの仕様で決まってしまい、現状では最小でも１パルス0.36°の回転角の分解能でしか動作できない。そのため、これ以下の分解能でのオートフォーカス操作やマルチフォーカス処理は電動ではできず、手動で行わなければならなかった。しかし、手動の場合は作業時間がかかることや、作業者による作業のばらつきなどもあり、非常に効率が悪く、精度が良くないなどの問題点があった。
【０００５】
１パルス0.36°以下の回転角の分解能で動作させる別の手段としては、ステッピングモーターをマイクロステップ動作させる技術があるが、これはステッピングモーターに流す電流値を調整して、最小分解能0.36°を1/20から1/250まで分割して動作させる技術である。
【０００６】
しかし、これは0.36°のピッチで並んでいるモーター回転子の固定点の中間の任意位置に電流値調整によりモーター回転子を保持する技術であるが、制御回路を構成する部品のばらつきなどで設定電流値が一定にならないことや、固定点の中間に保持するため、停止時の振動などの影響でモーター回転子が動いてしまうことがあり、正確な位置固定ができず、入力パルス数とステッピングモーターの実回転角度にはずれが発生してしまい、精度良く制御することが難しかった。
【０００７】
また、リニアエンコーダーを用いて移動位置を読み取る技術もあるが、リニアエンコーダーの信号を読み取ってステッピングモーターをフィードバック制御する回路が必要となり、オープンループで簡単に制御できるステッピングモーターの特徴が生かせず、フィードバック制御用の回路やソウトウェアが必要なことから、システムが複雑になってしまう。
【０００８】
したがって、本装置でのオートフォーカス動作やマルチフォーカス処理の精度を向上させるには、このような理由のために限界があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３３８２５５号公報
【特許文献２】特開２００４−１９４０７５号公報
【特許文献３】特開平９−２６８６３７号公報
【特許文献４】実開５−４３００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、光の干渉縞の明暗によるコントラストの変化を利用して、ズーム調整用ステッピングモーターの仕様上の最小分解能（１パルス0.36°）以下の分解能でステッピングモーターを制御することで、オートフォーカス動作とマルチフォーカス処理の精度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、ズームレンズを用いたデジタルマイクロスコープにおけるピント調整方法において、そのズームレンズ系の入光側に入光側にリニーク型干渉縞発生装置を取り付け、ズーミング操作時のピント調整をこのリニーク型干渉縞発生装置で発生させた干渉縞の明暗のコントラスト情報をもとに行うことで、１パルス０．３６°以下の分解能で前記ステッピングデータを制御するものである。
【００１２】
更に、請求項２に記載の発明においては、デジタルマイクロスコープにおけるピント調整装置において、リニーク型干渉縞発生装置の結像系がズームレンズである干渉式ズームレンズ系にCCDカメラもしくはCMOSカメラが接続され、被写体を照明する照明系を有し、被写体の撮影の際はオートフォーカス動作を行い、また撮影した画像を利用してマルチフォーカス処理を行い、この処理画像を記録する画像処理部とそれらの各画像を表示する表示部から成る画像処理装置とからなり、前記干渉式ズームレンズ系が上下方向に移動可能なステージ部に固定されていて、前記干渉式ズームレンズ系を上下方向に移動させてピント調整を行うことが可能に構成されていると共にズーミング操作時のピント調整を前記リニーク型干渉縞発生装置で発生させた干渉縞の明暗のコントラスト情報を基に行うピント制御手段を設けてなることを特徴とするものである。
【００１３】
更に、請求項3に記載の発明においては、請求項２に記載のデジタルマイクロスコープにおけるピント調整装置において、前記干渉式ズームレンズ系において、干渉を発生させる参照光の光路上にその光路を開閉する光路遮断手段を設け、これにより参照光の光路を閉じることで干渉縞の無い画像を生成し、前記CCDカメラもしくはCMOSカメラで撮影できるように構成してなることを特徴とするものである。
【００１４】
更に、請求項4に記載の発明においては、請求項２に記載のデジタルマイクロスコープにおけるピント調整装置において、前記上下方向に移動可能なステージ部は手動で上下移動可能な構造及び、ステッピングモーターを使用して電動で上下移動できる構造を備えてあり、前記ステッピングモーターはステッピングモーター制御部により制御することができると共に、必要な場合は前記電動で上下移動する構造部は取り外して、手動のみでのズーミング操作もできるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５に記載の発明においては、請求項２に記載のデジタルマイクロスコープにおけるピント調整装置において、前記ステッピングモーター駆動の制御はパルス駆動制御のほかに干渉縞の明暗のコントラストの変化を利用して制御できるように構成してなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、既存のズームレンズを改造することで、安価な干渉式ズームレンズが構成でき、そのレンズによる干渉縞の明暗のコントラスト情報を利用して、マイクロステッピングの実移動量をλ/2の値で制御することができるようになり、電動によるオートフォーカス動作とマルチフォーカス処理の精度を飛躍的に向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】デジタルマイクロスコープの基本構成図
【図２】既存のズームレンズ系の構造図
【図３】リニーク型干渉装置の基本構成図
【図４】本発明の干渉式ズームレンズ系の構造図
【図５】上下移動ステージ部の構造図
【図６】干渉縞を利用して行う制御フローの説明図
【図７】本発明で用いる干渉縞の明暗とこのコントラストの説明図
【発明の実施の形態】
【００１８】
本発明の実施例を図１〜図７に基づいて詳述する。図１はデジタルマイクロスコープの基本構成を示すブロック図である。画像処理装置1は表示部2、光源3、ステッピングモーター制御部4、カメラ制御部5、画像処理部6から構成され、各ケーブル（7.8.）より、それぞれCCDカメラ10、上下移動ステージ12に接続され、光源3と照明部13はライトガイド9により接続され、撮影、画像処理、画像保存、画像表示などの一連の作業を行うことができるものである。
【００１９】
図２は既存のズームレンズ系の構造を示す図である。ズーム部１１に対物レンズ14が接続され、光源からの光16は照明部13により集光されてビームスプリッター15まで導かれる、更にビームスプリッター15で反射して、対物レンズ14を通して被写体18を照明する。その被写体18からの反射光をズーム部にて任意の光学倍率で結像させて、その像をカメラで撮影することができる。
【００２０】
図３はリニーク型干渉縞発生装置の基本構成図であって、この構成は、実開平5-43006号（特許文献４）に記載のものと基本構造は同一である。
この装置は、光源からの光16が照明部17で集光され、ビームスプリッター22で参照面20側と被写体18側の２方向に分岐されて、参照面20からの反射光と被写体面18からの反射光で生じる干渉縞を結像検出部23で観察できるものである。
【００２１】
図４はリニーク型干渉縞発生装置の結像部をズームレンズに置き換えた干渉式ズームレンズの構造図である。シャター24はステッピングモーター２４ａで上下にスライドすることで、参照面２０側の光路の開閉ができる。これにより、干渉縞の発生、消滅を制御するものであるが、参照面２０側の光路の開閉手段はシャッター以外に参照面２０の前面に無反射膜を降したり、参照面２０を反転又は逃がして反射光の発生を阻止したりする方法で干渉縞が発生しないようにすることもできる。
【００２２】
図２〜４から明らかなように図２のズームレンズ系と図３のリニーク型干渉縞発生装置とは、照明部（13,16）、対物レンズ（14,19）、ビームスプリッター（15,22）など共通する部分が多くあり、既存のズームレンズ系をマイナーチェンジするだけで、通常のズームレンズとリニーク型干渉縞発生装置の２つの機能を併せ持つズームレンズ系が簡単に構成できる。
【００２３】
一般にリニーク型干渉縞発生装置などの光波干渉装置は構造が複雑で高価であり、特開平9-268637公報（特許文献３）で構造簡略の改良案等が提案されているが、本発明の構成であれば、新たに高価なリニーク型干渉縞発生装置を導入することなく、既存の装置の改造だけで済むため、安価にしかも簡単に干渉縞発生機能を有するズームレンズ系を構成することができる。
【００２４】
また、リニーク型干渉縞発生装置で懸念される、対物レンズの収差や光軸調整のばらつきによって干渉縞の明暗のコントラストの低下するような問題についても、技術の進歩によりCCDもしくはCMOSカメラの感度が日々向上している今日では、これらの撮像デバイスを利用する上においては、観察に支障をきたすことはなくなってきている。
【００２５】
本発明の装置においても、上述の簡易な構成品であっても十分な干渉縞の明暗のコントラストが得られている。
【００２６】
図５は上下移動するステージ部の構造図である。このステージ部は手動ダイヤル28を回すことで手動で上下移動できる手動ブロック部30とステッピングモーター27とボールネジ26の組み合わせで電動で上下移動する電動ブロック部25とで構成されていて、スタンド33のポール31に固定されている。
【００２７】
手動ブロック部30と電動ブロック部25とは分離できる構造になっていて（図示せず）、電動による制御が不要な場合は電動ブロック部25を取り外して、ズームレンズ系３５を直接手動ブロック３０に取り付けることで、手動操作のみでの観察も可能な構造になっている。
【００２８】
図５では電動ブロック部25にレンズ固定ブロック34を介して干渉縞発生装置付のズームレンズ系35が固定され、このズームレンズ系35を電動制御で上下することができ、それにより被写体32に対するピント調整を行うことができる。
【００２９】
ここで、本装置ではステッピングモーター27の最小回転角は１パルス0.36°、ボールネジ26のリードは１ｍｍなので、１パルスでの上下方向の最小移動量は0.001ｍｍ（１μｍ）となる。これよりも小さい移動を行う場合はマイクロステップ制御を利用して、仮にマイクロステップ制御で1/100に分割するとすれば、上下方向の最小移動量ｄはｄ＝1μm/100＝0.01μｍ なるので、理論上は最小0.01μmの分解能で移動制御ができることになる。しかし、上述したようにマイクロステップ制御では精度良い制御をさせることが難しい。
【００３０】
図６は光の干渉縞の明暗のコントラストの変化を利用して、ステッピングモーターを制御するフローを示す図である。なお、干渉縞の発生メカニズムを図７に基づいて説明する。
【００３１】
仮に被写体にλ／２の段差があるＺ１とＺ２の部分があり、レンズを動かして、Ｚ１が参照光との光路差が０もしくは波長分ずれた位置になった場合λ／２の段差があるＺ１には暗い縞が現れる。これはレンズの被写界深度内あるので、観察することができる。更にレンズを動かして、この暗い縞が無くなる位置がλ／２レンズが動いたと判断できる。
【００３２】
明暗の判断としては、暗い縞の画像のＲ，Ｇ，Ｂの値を調べて、それらの最大値が１００以下の場合は暗い縞と判断する。Ｒ，Ｇ，Ｂは通常０〜２５５の値となり、数値が小さいほど暗くなる。逆に明るい縞はＲ，Ｇ，Ｂの最大値が２００以上の場合を明るい縞と判断する。
【００３３】
オートフォーカス動作はコントラスト判定方式で行っている。
この方式はピンボケ状態ではコントラストの変化が少なく、ピントが合いはじめると、コントラストの変化が大きくなるので、コントラストの変化が大きくなる部分を捜して、ピント合わせをおこなうものである。
【００３４】
最初は上下移動の上限及び下限リミットを設定する。下限リミットは処理の開始位置を設定するものであるが、レンズが下に下がりすぎて、被写体に接触するのを防止するという意味もある。上限リミットは処理の終了位置の設定するものである。
【００３５】
干渉式ズームレンズ系35は下限リミット位置からマイクロステップ制御で0.01μｍのステップで上方向に移動する。画像処理部6は各ステップごとに撮像画像のコントラストの変化を監視している。干渉縞は参照面20に対して被写体18の観察面が（１＋ｎ）＊λ/2変位している箇所に生じる（ただし、ｎは0以上の整数、λは観察光の波長。）。特にλ/2分変位した箇所に生じる０次の干渉縞のコントラストが一番大きい。
【００３６】
そのため、撮像画像のコントラストの変化が大きい場合はλ/2変位の干渉縞が発生していると想定されるので、干渉縞判定処理ルーチンでコントラストの明るい部分と暗い部分が周期的になっているかを判断して、周期性がある場合は干渉縞が発生していると判断する。
つまり、このようにコントラストの変化を監視しておけば、ステッピングモーターの実移動量をλ/2の分解能で制御することが可能になる。
【００３７】
その干渉縞が発生する位置で撮影をおこなえば、実移動量がλ/2ステップでの撮影画像の取得ができ、λ/2ステップでのマルチフォーカスの画像合成が可能になる。通常は干渉縞の画像が不要なので、上述したシャッター24を閉じれば、干渉縞が消滅するので、シャッター24を閉じて撮影すればよい。
【００３８】
また干渉縞が発生した時点でのマイクロステップ制御の出力パルス数を記憶しておけば、再度ピント合わせが必要になった際も、記憶されたパルス数でマイクロステップ制御をおこななって位置決めすれば、常に干渉縞が発生しているか否かのためにコントラストの監視をすることなく、瞬時にλ/2ごとの位置決めができるので、オートフォーカス動作の高速化と精度の向上を実現できる。
【符号の説明】
【００３９】
1  画像処理装置
2  表示部
3  光源
4  ステッピングモーター制御部
5  カメラ制御部
6  画像処理部
7  カメラケーブル
8  モーターケーブル
9  ライトガイド
10  CCDカメラ
11  ズームレンズ系
12、25  電動ブロック部
13、17  照明部
14,19,21  対物レンズ
15、22  ビームスプリッター
16  光源からの光
18、32  被写体
20  参照面
23  結像検出部
24  シャター
26  ボールネジ
27  ステッピングモーター
28  手動ダイヤル
29  固定レバー
30  手動ブロック部
31  ポール
33  スタンド
34  レンズ固定ブロック
35  干渉式ズームレンズ系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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