(57)【要約】【課題】オートフォーカスシステム及びその方法、画像検査装置を提供する。【解決手段】  本発明は、オートフォーカスシステム及びその方法、これらを適用した画像検査装置を開示する。オートフォーカスシステムは、主に線状光源と、対物レンズと、遮光部材と、画像センサーと、ピント調整モジュールとを含む。線状光源が線状スペックルを発生し、対物レンズは、線状スペックルの一部を受けて線状スペックルの一部分を被写体に投射する。遮光部材は、線状光源と対物レンズの間の光路に設けられ、部分的に線状スペックルを遮り、線状スペックルの一部分のみを対物レンズに入射させる。画像センサーは、被写体と線状スペックルの一部分とをキャプチャして目標画像を生成する。ピント調整モジュールは、目標画像内の線状スペックルの一部の長さ、幅及び位置に基づいて被写体のピント合わせ状態を判定し、対物レンズと被写体の間の距離を調整する。【選択図】  図１
2018032005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本の線状スペックルを発生させるための線状光源と、
前記線状スペックルの一部が入射し、前記線状スペックルの一部を被写体に投射するための対物レンズと、
前記線状光源と前記対物レンズの間の光路に設けられ、部分的に線状スペックルを遮り、前記線状スペックルの一部のみを前記対物レンズに入射させるための遮光部材と、
前記被写体と前記線状スペックルの一部とをキャプチャして目標画像を得るための画像センサーと、
前記目標画像内の前記線状スペックルの一部の長さ、幅及び位置に基づいて前記被写体のピント合わせ状態を判定し、判定結果に基づいて前記対物レンズと前記被写体の間の距離を調整するピント調整モジュールと、
を含むことを特徴とするオートフォーカスシステム。
【請求項２】
前記目標画像内の前記線状スペックルの一部の長さと幅が所定の限界値まで小さくなったと判別された場合、前記ピント調整モジュールは、前記被写体がすでにピント合わせ状態であると判定し、
前記目標画像内の前記線状スペックルの一部がピント合わせ状態に関連する所定の基準点よりも一方側に位置した場合に、前記ピント調整モジュールは、前記被写体が前記対物レンズの焦点よりも前記対物レンズに近い位置にあると判定し、
前記目標画像内の前記線状スペックルの一部が前記基準点よりも他方側に位置した場合に、前記ピント調整モジュールは、前記被写体が前記対物レンズの焦点よりも前記対物レンズから遠い位置にあると判定することを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカスシステム。
【請求項３】
前記線状光源は、線状のレーザースペックルを発生させることを特徴とする請求項１又は２に記載のオートフォーカスシステム。
【請求項４】
収束レンズと、反射鏡と、第１分光器と、第２分光器と、結像レンズと、を更に含み、
前記収束レンズの入射面は、前記線状光源が射出した前記線状スペックルが入射し、
前記遮光部材は、前記収束レンズの出射面と反射鏡の間に設けられ、前記反射鏡が前記線状スペックルの一部を前記第１分光器に反射し、
前記第１分光器は、前記線状スペックルの一部を前記対物レンズに反射するとともに、前記被写体から前記対物レンズに反射してきた反射光と前記線状スペックルの一部が透過するのを許容し、
前記第２分光器は、前記第１分光器と前記結像レンズの間に位置し、前記第１分光器からの前記反射光と前記線状スペックルの一部が入射すると共に前記結像レンズに反射し、
前記結像レンズは、前記目標画像を生成するために、前記反射光と前記線状スペックルの一部を収束して前記画像センサーの検出面に結像させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のオートフォーカスシステム。
【請求項５】
前記被写体の間の距離を調整する駆動装置を更に含み、
前記駆動装置は、前記ピント調整モジュールと接続し、前記ピント調整モジュールの判定結果に基づいて、前記対物レンズを移動させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のオートフォーカスシステム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載のオートフォーカスシステムと、画像取込装置と、照明手段と、を含み、
前記照明手段は、前記被写体に照明光を提供し、
前記画像取込装置は、前記オートフォーカスシステムの前記ピント調整モジュールによって前記被写体に対するピントが合った状態であると判定されたときに、直ちに前記被写体の画像を取り込むことを特徴とする画像検査装置。
【請求項７】
前記照明手段は、分光器と照明器具とを含み、
前記分光器と前記オートフォーカスシステムの前記第１分光器及び前記２分光器とが同軸に配置され、
前記分光器は、前記照明器具からの可視光が入射すると共に前記被写体に前記可視光を反射して前記被写体を照明することを特徴とする請求項６に記載の画像検査装置。
【請求項８】
レンズフィルターを更に含み、
前記レンズフィルターは、前記画像取込装置と前記照明手段の前記分光器の間に設けられ、前記被写体から反射してきた前記線状スペックルの一部が前記画像取込装置に取り込まれることを防止することを特徴とする請求項７に記載の画像検査装置。
【請求項９】
線状光源によって１本の線状スペックルを発生させるステップ（ａ）と、
前記線状スペックルの一部のみを対物レンズを経由して被写体に投射させるステップ（ｂ）と、
前記被写体及び前記線状スペックルの一部に対する画像を画像センサーで取り込み、目標画像を得るステップ（ｃ）と、
前記目標画像内の前記線状スペックルの一部の長さ、幅及び位置に基づいて前記被写体のピント合わせ状態を判定するステップ（ｄ）と、
前記ステップ（ｄ）の判定結果に基づいて前記対物レンズと前記被写体の間の距離を調整するステップ（ｅ）と、
を含むことを特徴とするオートフォーカス方法。
【請求項１０】
遮光部材を用いて部分的に前記線状スペックルを遮断し、前記線状スペックルの一部を前記対物レンズに入射させるステップを更に含むことを特徴とする請求項９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、オートフォーカス技術に関し、特に、瞬時にピント合わせができるオートフォーカスシステム、方法及びこれらを適用した画像検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の精密検査は、通常の光学装置（例：ラインスキャンカメラ、エリアスキャンカメラ等）を含み、被写体の表面に対する画像を取り込み、取り込んだ画像をコンピュータ画像処理技術で解析して、被写体表面の異物又はパターン異常等の瑕疵を検出する。しかしながら、検査装置において、被写体が動かないように被写体表面の画像を取り込むことが難しい場合があり、動く状態が生じて被写体の位置が変更されてしまうと、ピントずれが生じてしまう。
【０００３】
例えば、精密被写体（例えばパネル）に対して検査を行うとき、被写体の搬送過程中に、搬送コンベアによるスリキズ又は汚損を抑制するために、一部の精密被写体についてエアフローティングテーブルを設け、被写体を空中に浮上させて下方の平面と直接接触することを避けるようにしている。このような搬送過程を伴う被写体に対して検査しようとすると、被写体はエアフローティングの作用によって、テーブルの上方に浮上し、高さが所定の範囲値内まで浮動（例えば３００μｍ）する。しかしながら、一般的なカメラの被写界深度は、３５μｍ程度であり、検査対象物を被写界深度の範囲内に正確に制御できない。このため、ピントをエアフローティングテーブルに合わせて検査する場合、テーブル上を浮動する被写体に対して迅速かつ有効なピント合わせが必要となり、このようなピント合わせ方式を提供する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６６７７５６５号明細書
【特許文献２】米国特許第７２４７８２７号明細書
【特許文献３】米国特許第７２９７９１０号明細書
【特許文献４】米国特許第８４２２０３１号明細書
【特許文献５】台湾特許出願公告第Ｉ３６９５０８号明細書
【特許文献６】台湾特許出願公告第Ｉ５２１２９５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、従来と異なるオートフォーカスシステム、方法及び画像検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明のオートフォーカスシステムは、線状スペックルの一部を、対物レンズを経由して被写体上に投射させ、被写体及び線状スペックルの一部に対して画像を取り込むことで目標画像を得るとともに、画像処理技術を用いて目標画像内の線状スペックルの一部の長さ、幅及び位置を取得し、取得された目標画像内の線状スペックルの一部の長さ、幅及び位置に基づいて被写体にピントを合わせた状態を判定し、この判定結果に基づいて被写体にピントを合わせるための位置に対物レンズを迅速に調整する。
【０００７】
具体的には、本発明のオートフォーカスシステムは、線状光源と、対物レンズと、遮光部材と、画像センサーと、ピント調整モジュールとを含み、線状光源は、例えば、線状のレーザースペックルのような線状スペックルを発生させる。対物レンズは、線状スペックルの一部が入射し、線状スペックルの一部を被写体に投射する。遮光部材は、線状光源と対物レンズの間の光路に設けられ、部分的に線状スペックルを遮り、線状スペックルの一部のみを対物レンズに入射させる。画像センサーは、被写体と線状スペックルの一部とをキャプチャして目標画像を得るために用いられる。ピント調整モジュールは、目標画像内の線状スペックルの一部の長さ、幅及び位置に基づいて被写体にピントを合わせた状態を判定し、判定結果に基づいて対物レンズと被写体の間の距離を調整する。
【０００８】
本発明のオートフォーカスシステムのピント調整モジュールは、目標画像内の線状スペックルの一部の長さと幅が所定の限界値まで小さくなったと判別された場合、被写体がすでにピント合わせ状態であると判定する。またピント調整モジュールは、目標画像内の線状スペックルの一部がピント合わせ状態に関連する所定の基準点よりも一方側に位置した場合に、被写体が対物レンズの焦点よりも対物レンズに近い位置にあると判定し、目標画像内の線状スペックルの一部が基準点よりも他方側に位置した場合に、被写体が対物レンズの焦点よりも対物レンズから遠い位置にあると判定する。
【０００９】
本発明のオートフォーカスシステムは、収束レンズと、反射鏡と、第１分光器と、第２分光器と、画像センサーの前方に位置する結像レンズと、を含むように構成することが好ましい。収束レンズの入射面は、線状光源から射出した線状スペックルが入射する。遮光部材は、収束レンズの出射面と反射鏡の間に設けられる。反射鏡は、線状スペックルの一部を第１分光器に反射する。第１分光器は、線状スペックルを対物レンズに反射し、被写体から対物レンズに反射してきた反射光と線状スペックルの一部が透過するのを許容する。第２分光器は、第１分光器と結像レンズの間に位置し、第１分光器を介して入射する対物レンズからの反射光と線状スペックルの一部を結像レンズに反射する。結像レンズは、反射光と線状スペックルの一部を収束して画像センサーの検出面に結像させることで、画像センサーによって上述した目標画像を生成することができる。
【００１０】
本発明のオートフォーカスシステムは、駆動装置を更に含むことができる。駆動装置は、ピント調整モジュールと接続し、ピント調整モジュールの判定結果に基づいて対物レンズを移動させて対物レンズと被写体の間の距離を調整する。
【００１１】
本発明の画像検査装置は、上記オートフォーカスシステムと共に、画像取込装置と、照明手段と、をさらに含むことができる。照明手段は、被写体への照明を提供し、画像取込装置は、オートフォーカスシステムのピント調整モジュールによって被写体にピントが合ったと判定した場合に、直ちに被写体の画像を取り込む。
【００１２】
本発明の画像検査装置の照明手段は、分光器と照明器具とを含むことができる。分光器とオートフォーカスシステムの第１、２分光器とは同軸に配置されている。分光器は、照明器具からの可視光が入射すると共に被写体に向かって可視光を反射して、被写体を照明するために用いられる。
【００１３】
本発明の画像検査装置は、レンズフィルターを更に含むことができる。レンズフィルターは、画像取込装置と照明手段の分光器との間に設けられる。このため、被写体から反射してきた線状スペックルの一部が画像取込装置に入り込むことを防止することができる。
【００１４】
そして、本発明のオートフォーカス方法は、
線状光源を用いて、１本の線状スペックルを発生させるステップ（ａ）と、
線状スペックルの一部のみを対物レンズを経由して被写体に投射させるステップ（ｂ）と、
画像センサーで、被写体及び線状スペックルの一部に対する画像を取り込むことで目標画像を得るステップ（ｃ）と、
目標画像内の線状スペックルの一部の長さ、幅及び位置に基づいて被写体にピントを合わせた状態を判定するステップ（ｄ）と、
前記ステップ（ｄ）の判定結果に基づいて、対物レンズと被写体の間の距離を調整するステップ（ｅ）と、を含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のオートフォーカスシステム及びオートフォーカスシステム方法は、取り込んだ目標画像内の線状スペックルの一部の長さと幅に基づき、被写体に対する焦点距離の遠近を判定しつつ、線状スペックルの一部の長さ及び幅それぞれが限界値まで小さくなるかどうかを判別することによって、被写体が焦点上にあるかどうかを判定したり、線状スペックルの一部の位置に基づいて被写体の現時点の焦点の上方或いは下方にあるかどうか（ピントが合っている状態に対して被写体が上方あるいは下方にあるのか）を判定する。このように構成することで、本発明は、簡単な幾何学的形状のスペックル画像処理のみで迅速なピント合わせを実現することができ、画像処理を担うアルゴリズムが処理する必要な画像の画素数が少なくても済む。さらには、スペックルの輝度分布の重心位置が比較的正確で変動が少なく、スペックルの輝度分布の不均一によって重心位置が左右に振れる状況が起きることを効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の画像検査装置のシステムを示す模式図である。
【図２】本発明のオートフォーカスシステムが異なるピントを合わせた状態において得た目標画像を示す模式図である。
【図３】本発明のオートフォーカスシステムが異なるピントを合わせた状態において得た目標画像を示す模式図である。
【図４】本発明のオートフォーカスシステムが異なるピントを合わせた状態において得た目標画像を示す模式図である。
【図５】本発明のオートフォーカスシステムが異なるピントを合わせた状態において得た目標画像を示す模式図である。
【図６】本発明のオートフォーカスシステムが異なるピントを合わせた状態において得た目標画像を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施例に係る画像検査装置１００を示す。本実施例の画像検査装置１００は、被写体４の表面を撮影して画像を取り込み、取り込んだ画像に基づいて被写体４上にある瑕疵を見つけて出す瑕疵検査（被写体表面の異物又はパターン異常等を検出する検査）を行うために用いられる。
【００１８】
画像検査装置１００は、オートフォーカスシステム１と画像取込手段２と照明手段３と画像検査手段２０とを含む。オートフォーカスシステム１は、被写体４に対するピント（焦点）を合わせるために用いられる。画像取込手段２は、オートフォーカスシステム１によるオートフォーカス処理を終えた後の被写体４を撮影して画像を取り込み、鮮明な被検査画像を得るために用いられる。照明手段３は、画像取込手段２が被写体４の画像を取り込む際に必要な照明を提供するために用いられる。画像検査手段２０は、画像取込手段２に接続して画像取込手段２から被検査画像を受信し、コンピュータ画像処理技術により異物又はパターンの異常等の瑕疵を、被検査画像から検出するために用いられる。
【００１９】
オートフォーカスシステム１は、線状光源５と、光学アセンブリ６と、画像センサー７と、ピント調整モジュール８、と駆動装置９と、対物レンズ１０と、を含む。線状光源５は、線状の赤外線レーザースペックルのような線状スペックルを発生させるために用いられる。光学アセンブリ６は、収束レンズ６１、遮光部材６２、反射鏡６３、第１分光器６４、第２分光器６６及び結像レンズ６７、を含んで構成され、線状光源５から射出された線状スペックルはこれらを順次通り、結像レンズ６７まで到達する。
【００２０】
収束レンズ６１の入射面は、線状光源５が射出した線状スペックルが入射する。遮光部材６２は、線状光源５及び対物レンズ１０の光路上、つまり線状スペックルの進む光路上に設けられ、更に具体的には、収束レンズ６１の出射面と反射鏡６３の間に設けられる。そして、遮光部材６２は、部分的に線状スペックルを遮断し、線状スペックルの一部のみを対物レンズ１０に入射させる。例えば、遮光部材６２は、線状スペックルの半分又は半分近くを遮り、それ以外の半分又は半分近くの線状スペックル（線状スペックルの一部）を対物レンズ１０に入射させることを許容する。反射鏡６３は、線状スペックルの一部を第１分光器６４に反射するために用いられる。第１分光器６４は、反射鏡６３からの線状スペックルの一部を対物レンズ１０に反射する。本実施例において、線状光源５から射出された線状スペックルの半分又は半分近くが遮光部材６２で遮断されたため、対物レンズ１０は実際、遮断されていないその半分のみの線状スペックルの一部を受けて、線状スペックルの一部を被写体４に投射する。なお、照明手段３から射出された照明光も対物レンズ１０を経由して被写体４に投射されるため、被写体４から反射してきた反射光及び被写体４から反射してきた線状スペックルの一部は、いずれも被写体で反射して対物レンズ１０に入り、第１分光器６４を透過する。第２分光器６６は、第１分光器６４と結像レンズ６７の間に位置し、第１分光器６４からの反射光と線状スペックルの一部とが入射すると共に、結像レンズ６７に反射させるために用いられる。結像レンズ６７は、画像センサー７の前方（第２分光器６６と画像センサー７との間）に位置し、反射光と線状スペックルの一部を収束して画像センサー７の検出面（撮像面）に結像させる。画像センサー７は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子であり、結像レンズ６７を介して結像した画像を出力し、出力する画像には、被写体４と線状スペックルの一部の目標画像とが含まれる。つまり、画像センサー７は、被写体４と線状スペックルの一部とに対する画像を取り込み、目標画像を得るために用いられる。
【００２１】
ピント調整モジュール８は、画像センサー７に接続して目標画像を受信すると共に画像処理と分析を行い、目標画像内の線状スペックルの一部の長さ、幅及び位置等のパラメータを生成（抽出）する。そして、得られたパラメータに基づいて、被写体４の現在のピント合わせ状態（例えば、被写体４が対物レンズ１０の焦点に位置するか、焦点の上方或いは下方に位置するか）を判定する。このように対物レンズ１０の位置は、ピント調整モジュール８の判定結果に基づいて調整することができる。つまり、ピント調整モジュール８は、目標画像内の線状スペックルの一部の長さ、幅及び位置に基づいて、被写体４のピント合わせ状態を判定し、判定結果に基づいて駆動装置９を駆動させて対物レンズ１０を移動させ、対物レンズ１０と被写体４の間の距離を調整する。
【００２２】
更に詳細には、結像原理に基づき、被写体４の位置が対物レンズ１０の焦点に対して距離が遠いほど、目標画像における線状スペックルの一部は長くかつ太くなる。逆に、被写体４が焦点に近いほど、目標画像における線状スペックルの一部は短くかつ細くなる。被写体４が焦点の上方に位置する場合（図１に示した被写体４が、ピントが合っている状態と仮定したとき、被写体４が対物レンズ１０に近づいて、ピントが合っている状態よりも図１の紙面において上方に位置している場合）、線状スペックルの一部の位置は、基準点の一方側（例えば左側）に位置し、被写体４が焦点の下方に位置する場合（被写体４が対物レンズ１０から遠ざかって、ピントが合っている状態よりも図１の紙面において下方に位置している場合）、線状スペックルの一部の位置は基準点の他方側（例えば右側）に位置する。また、目標画像内の線状スペックルの一部の長さと幅が徐々に限界値にまで小さくなったとき、被写体４がすでに焦点に到達したことを示し、このとき、目標画像内の線状スペックルの一部は、１つの略点状のスペックルに見えることになる。
【００２３】
図２乃至図６は、本発明のオートフォーカスシステムがオートフォーカスの実行過程中に、画像センサー７で取り込んだ目標画像７０を示すものである。各図において、目標画像７０に１本の仮想的な中間線を表示し、またこの仮想的な中間線を基準点（基準位置）として第１検出領域７０１（左側領域）と第２検出領域７０２（右側領域）に区分けされている。なお、左側領域７０１と右側領域７０２とに区分けする基準点は、ピント合わせ状態に関連する所定の基準であり、上述したように、例えば、図１に示した被写体４が、ピントが合っている状態であると仮定した場合の結像位置である。ピント調整モジュール８は、図２に示すように、目標画像７０に対して画像処理と分析を行った後（これは既知の画像処理分析技術を用いることができる）、目標画像７０内の線状スペックルの一部Ｌ１の長さ、幅及び位置等のパラメータを得ることができる。また、目標画像７０内の分析結果より、線状スペックルの一部Ｌ１が比較的太く、長く、且つ基準点の一方側（つまり、左側領域７０１）に位置していることが判別できる。したがって、ピント調整モジュール８は、このときの被写体４が、現在の焦点の上方に位置すると判定し、被写体４を焦点に近づかせるため、対物レンズ１０を上方に向かって移動させる必要があると判別する。このような判別結果に基づいて、ピント調整モジュール８は、駆動装置９を介して対物レンズ１０を上方に移動させる。その後、画像センサー７がもう一度目標画像７０を取り込み、取り込んだ目標画像７０が図３に示されるようなものの場合、ピント調整モジュール８は、図３に示す目標画像７０に対して画像処理と分析を行った後、線状スペックルの一部Ｌ２のパラメータに基づいて、比較的短く、細く且つ同様に左側領域７０１に位置することが分かる。このため、このときの被写体４は、現時点で未だに焦点（ピント）が合っている状態のときよりも上方に位置するが、先ほど（図２）よりも線状スペックルの一部Ｌ２が更に短く細くなっており、焦点に近づいた位置にあると判定することができる。ピント調節モジュール８は、図３において被写体４を更に焦点に近づかせることができ、対物レンズ１０を更に上に向かって移動する必要があると判定し、駆動装置９を介して対物レンズ１０をさらに上方に移動させる。
【００２４】
画像センサー７によって取り込まれる目標画像７０が、図６に示すようなものの場合、ピント調整モジュール８は、図６に示す目標画像７０に対して画像処理と分析を行った後、線状スペックルの一部Ｌ５の長さ、幅及び位置等のパラメータに基づいて、太く長く且つ基準点の他方側（つまり右側領域７０２）に位置することが分かる。したがって、ピント調整モジュール８は、このときの被写体４が、現時点で焦点の下方に位置する、すなわち、被写体４が、ピントが合っている状態のときよりも、図１の紙面において下方に位置すると判定することができる。ピント調整モジュール８は、被写体４を焦点に近づかせる、つまり、被写体４に対して対物レンズ１０を近づけるため、対物レンズ１０を下方に向かって移動させる。そして、同じようなに、画像センサー７が取り込んだ目標画像７０が図５に示すようなものの場合、ピント調整モジュール８は、このときの被写体４が現時点で焦点の下方（基準点に対応するピントが合っている状態の被写体４の位置よりも下方）に位置するものの、図６に示した先ほどよりも、焦点に近づいていると判定（線状スペックルの一部Ｌ４が更に短く細くなったと判定）する。ピント調整モジュール８は、被写体４を更に焦点に近づかせることができるため、対物レンズ１０がまだ更に下に向かって移動する必要があると判定し、駆動装置９を介して対物レンズ１０をさらに下方に移動させる。
【００２５】
次に、画像センサー７によって取り込まれた目標画像７０が、図４に示すようなものの場合、ピント調整モジュール８は、図４に示す目標画像７０に対して画像処理と分析を行った後、線状スペックルの一部Ｌ３の長さ、幅等のパラメータに基づいて、一部Ｌ３の長さと幅が各々限界値にまで小さくなったことを判別することができる。したがって、ピント調整モジュール８は、このときの被写体４が、現時点で焦点上に位置する（ピントが合っている状態に位置する）と判定する。つまり、図４は、本発明のオートフォーカスシステム１が被写体４のピント合わせを完了したことを示している。なお、オートフォーカスシステム１は、被写体４が焦点上に位置すると判別したら、直ちに信号を伝送して画像取込手段２に通知し、画像取込手段２が被写体４に対して画像を取り込むことで、鮮明な該被検査画像を撮影して得ることができる。
【００２６】
再度図１を参照とすると、駆動装置９は、ピント調整モジュール８に接続し、オートフォーカスシステム１が被写体４のピント合わせを完了するまで、ピント調整モジュール８の判定結果に基づき、対物レンズ１０の上向き又は下向きの移動に対応して駆動することで、対物レンズ１０と被写体４の間の距離を調整する。
【００２７】
照明手段３は、分光器３１と、照明器具３２と、分光器３１と照明器具３２の間に設けられたコリメートレンズ３３とを含む。照明手段３の分光器３１とオートフォーカスシステム１の第１分光器６４及び第２分光器６６は、同軸に配置されており、照明器具３２からの可視光を受けると共に、被写体４に反射することで照明光を提供する。
【００２８】
画像取込手段２は、画像取込装置２１と、結像レンズ２２と、レンズフィルター２３とを含む。画像取込装置２１は、撮影装置であり、オートフォーカスシステム１のピント調整モジュール８で被写体４がピント合わせ済みであると判定したとき、直ちに被写体４に対して画像を取り込むために用いられる。画像取込装置２１によって取り込まれた画像の内容は、被写体４であり、且つ鮮明な被検査画像が含まれる。レンズフィルター２３は、画像取込装置２１と照明手段３の分光器３１の間に設けられ、特定光波帯の光（本実施例においては、赤外線レーザースペックルを指す）をフィルタリングすることで、線状スペックルの一部が画像取込装置２１に入り込むのを防止することができる。
【００２９】
上記説明を通じて、本発明のフォーカス方法は、次のステップを含む。
【００３０】
ステップ（ａ）：例えば、線状の赤外線レーザースペックルのような１本の線状スペックルを発生させる。このステップは、線状光源５を利用して実現できる。
【００３１】
ステップ（ｂ）：線状スペックルの一部のみを対物レンズ１０を経由して被写体４に投射させる。このとき、対物レンズ１０は、線状光源５から射出される線状スペックルの半分であり、線状スペックルの少なくとも一部のレーザー光が入射する。このステップは、遮光部材６２を利用して実現できる。
【００３２】
ステップ（ｃ）：被写体４及び線状スペックルの一部に対する画像を取り込むことで、目標画像を得る。このステップは、画像センサー７を利用して実現できる。
【００３３】
ステップ（ｄ）：目標画像内の線状スペックルの一部の長さ、幅及び位置に基づき、被写体のピントを合わせた状態を判定する。このステップは、ピント調整モジュール８を利用して実現できる。
【００３４】
ステップ（ｅ）：ピントを合わせた状態の判定結果であるステップ（ｄ）の判定結果に基づき、対物レンズ１０と被写体４の間の距離を調整する。このステップは、駆動装置９を利用して実現できる。
【００３５】
本発明のオートフォーカスシステム及びオートフォーカスシステム方法は、上記画像検査装置に適用する以外に、画像を撮影する必要がある装置にも適用することも可能であり、例えば、カメラ機能を持つスマートフォンなどがある。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
上述をまとめると、本発明のオートフォーカスシステム及びオートフォーカスシステム方法により、ピントを合っている状態かどうかに対する判断は、目標画像から直接行うことができる。画像センサー７で取り込んだ目標画像は、画像の二値化処理（Ｉｍａｇｅ  ｂｉｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）を利用してその中の線状スペックルの一部の長さ及び幅を得ることができる。そして、被写体４の焦点までの距離の遠近を判定し、さらに線状スペックルの一部の長さ及び幅それぞれの限界値にまで小さくなったかどうかを判断することによって、被写体４が焦点上に位置している（ピントが合っている）かどうかを判定する。次に、本発明のオートフォーカスシステム及びオートフォーカスシステム方法は、目標画像内の線状スペックルの一部の位置、つまりピントが合っている状態の線状スペックルの一部の位置を基準点としてその基準点の左側又は右側（或いは左傾き又は右傾き）を判別することによって、被写体４が現在の焦点の上方或いは下方に位置する否かを決定する。このため、全ての遠近位置の長さの変化率を連続取得して焦点面（焦点を通る光軸に垂直な面）を推定する必要がない。これ以外にも、従来のレーザーフォーカスシステムが各種光点の形状変化を処理する必要があることに比べて、本発明は、線状スペックルを利用してピントを合わせた状態を判定しており、単純な幾何学的長方形状のみに着目して、画像処理を担うアルゴリズムが処理する必要な画像の画素数が少なくても済み、且つスペックルの輝度分布の重心位置も比較的正確で変動が少なく、線状スペックルの輝度分布の不均一によって重心位置が左右に振れる状況が起きることを効果的に低減することができる。
【００３７】
なお、何人が上記実施例の説明から十分な教示を得ると共にこれをもって実施でき、これにより本発明の内容は、確実に先行技術と異なり、且つ産業上の利用可能性及び進歩性を十分有することを理解できる。よって、本発明は特許要件に適合するため、法律に基づいて出願する。
【符号の説明】
【００３８】
１：オートフォーカスシステム
１０：対物レンズ
１００：画像検査装置
２：画像取込手段
２０：画像検査手段
２１：画像取込装置
２２：結像レンズ
２３：レンズフィルター
３：照明手段
３１：分光器
３２：照明器具
３３：コリメートレンズ
４：被写体
５：線状光源
６：光学アセンブリ
６１：収束レンズ
６２：遮光部材
６３：反射鏡
６４：第１分光器
６６：第２分光器
６７：結像レンズ
７：画像センサー
７０：検出面
７０１：第１検出領域
７０２：第２検出領域
８：ピント調整モジュール
９：駆動装置
Ｌ１〜Ｌ５：線状スペックル
【図１】
2018032005.tif 000003
【図２】
2018032005.tif 000004
【図３】
2018032005.tif 000005
【図４】
2018032005.tif 000006
【図５】
2018032005.tif 000007
【図６】
2018032005.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月25日(2017.12.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部分と第２部分とを有する１本の線状スペックルを発生させるための線状光源と、
前記線状スペックルの前記第１部分が入射し、前記線状スペックルの前記第１部分を被写体に投射するための対物レンズと、
前記線状光源と前記対物レンズの間の光路に設けられ、前記線状スペックルの前記第２部分を遮り、前記線状スペックルの前記第１部分のみを前記対物レンズに入射させるための遮光部材と、
前記被写体と前記線状スペックルの前記第１部分とをキャプチャして目標画像を得るための画像センサーと、
前記画像センサーに接続されており、前記目標画像を取得し、処理し、分析することにより、前記目標画像内における前記線状スペックルの前記第１部分の長さ、幅及び位置を特定し、前記目標画像内の前記線状スペックルの前記第１部分の長さ、幅及び位置に基づいて前記被写体のピント合わせ状態を判定し、判定結果に基づいて前記対物レンズと前記被写体の間の距離を調整するピント調整モジュールと、
を含み、
前記第１部分及び前記第２部分は、前記線状スペックルの長さに沿い、前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれは、前記線状スペックルの長さよりも短い長さを有し、
前記目標画像内の前記線状スペックルの前記第１部分が長くなるとともに幅広くなる場合、前記ピント調整モジュールは、前記被写体が前記対物レンズの焦点から遠ざかっていると判定し、
前記目標画像内の前記線状スペックルの前記第１部分が短くなるとともに幅狭くなる場合、前記ピント調整モジュールは、前記被写体が前記対物レンズの焦点に近づいていると判定し、
前記目標画像内の前記線状スペックルの前記第１部分の長さと幅が所定の限界値まで小さくなる場合、前記ピント調整モジュールは、前記被写体にピントが合っていると判定し、
前記目標画像内の前記線状スペックルの前記第１部分が所定の基準点よりも一方側に位置した場合に、前記ピント調整モジュールは、前記被写体が前記対物レンズの焦点よりも前記対物レンズに近い位置にあると判定し、
前記目標画像内の前記線状スペックルの前記第１部分が前記基準点よりも他方側に位置した場合に、前記ピント調整モジュールは、前記被写体が前記対物レンズの焦点よりも前記対物レンズから遠い位置にあると判定することを特徴とするオートフォーカスシステム。
【請求項２】
前記線状光源は、線状のレーザースペックルを発生させることを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカスシステム。
【請求項３】
収束レンズと、反射鏡と、第１分光器と、第２分光器と、結像レンズと、を更に含み、
前記収束レンズの入射面は、前記線状光源が射出した前記線状スペックルが入射し、
前記遮光部材は、前記収束レンズの出射面と前記反射鏡の間に設けられ、前記反射鏡が前記線状スペックルの前記第１部分を前記第１分光器に反射し、
前記第１分光器は、前記線状スペックルの前記第１部分を前記対物レンズに反射するとともに、前記被写体から前記対物レンズに反射してきた反射光と前記線状スペックルの前記第１部分が透過するのを許容し、
前記第２分光器は、前記第１分光器と前記結像レンズの間に位置し、前記第１分光器からの前記反射光と前記線状スペックルの前記第１部分が入射すると共に前記結像レンズに反射し、
前記結像レンズは、前記目標画像を生成するために、前記反射光と前記線状スペックルの前記第１部分を収束して前記画像センサーの検出面に結像させることを特徴とする請求項１又は２に記載のオートフォーカスシステム。
【請求項４】
前記被写体の間の距離を調整する駆動装置を更に含み、
前記駆動装置は、前記ピント調整モジュールと接続し、前記ピント調整モジュールの判定結果に基づいて、前記対物レンズを移動させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のオートフォーカスシステム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載のオートフォーカスシステムと、画像取込装置と、照明手段と、を含み、
前記照明手段は、前記被写体に照明光を提供し、
前記画像取込装置は、前記オートフォーカスシステムの前記ピント調整モジュールによって前記被写体に対するピントが合った状態であると判定されたときに、直ちに前記被写体の画像を取り込むことを特徴とする画像検査装置。
【請求項６】
前記照明手段は、分光器と照明器具とを含み、
前記分光器と前記オートフォーカスシステムの第１分光器及び第２分光器とが同軸に配置され、
前記分光器は、前記照明器具からの可視光が入射すると共に前記被写体に前記可視光を反射して前記被写体を照明することを特徴とする請求項５に記載の画像検査装置。
【請求項７】
レンズフィルターを更に含み、
前記レンズフィルターは、前記画像取込装置と前記照明手段の前記分光器の間に設けられ、前記被写体から反射してきた前記線状スペックルの前記第１の部分が前記画像取込装置に取り込まれることを防止することを特徴とする請求項６に記載の画像検査装置。
【請求項８】
線状光源によって、第１部分と第２部分とを有する１本の線状スペックルを発生させるステップ（ａ）と、
前記線状スペックルの前記第１部分のみを対物レンズを経由して被写体に投射させるステップ（ｂ）と、
前記被写体及び前記線状スペックルの前記第１部分に対する画像を画像センサーで取り込み、目標画像を得るステップ（ｃ）と、
前記目標画像を取得し、処理し、分析することにより、前記目標画像内における前記線状スペックルの前記第１部分の長さ、幅及び位置を特定し、前記目標画像内の前記線状スペックルの前記第１部分の長さ、幅及び位置に基づいて前記被写体のピント合わせ状態を判定するステップ（ｄ）と、
前記ステップ（ｄ）の判定結果に基づいて前記対物レンズと前記被写体の間の距離を調整するステップ（ｅ）と、
を含み、
前記第１部分及び前記第２部分は、前記線状スペックルの長さに沿い、前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれは、前記線状スペックルの長さよりも短い長さを有し、
前記ステップ（ｄ）において、
前記目標画像内の前記線状スペックルの前記第１部分が長くなるとともに幅広くなる場合、前記被写体が前記対物レンズの焦点から遠ざかっていると判定し、
前記目標画像内の前記線状スペックルの前記第１部分が短くなるとともに幅狭くなる場合、前記被写体が前記対物レンズの焦点に近づいていると判定し、
前記目標画像内の前記線状スペックルの前記第１部分の長さと幅が所定の限界値まで小さくなる場合、前記被写体にピントが合っていると判定し、
前記目標画像内の前記線状スペックルの前記第１部分が所定の基準点よりも一方側に位置した場合に、前記被写体が前記対物レンズの焦点よりも前記対物レンズに近い位置にあると判定し、
前記目標画像内の前記線状スペックルの前記第１部分が前記基準点よりも他方側に位置した場合に、前記被写体が前記対物レンズの焦点よりも前記対物レンズから遠い位置にあると判定することを特徴とするオートフォーカス方法。
【請求項９】
遮光部材を用いて前記線状スペックルの前記第２部分を遮断し、前記線状スペックルの第１部分を前記対物レンズに入射させるステップを更に含むことを特徴とする請求項８に記載のオートフォーカス方法。