(57)【要約】【課題】定在波を効率的に生成できるとともに、高精度で安定した画像が得られる焦点距離可変レンズ装置および焦点距離可変レンズ制御方法を提供する【解決手段】焦点距離可変レンズ装置は、入力される駆動信号に応じて屈折率が変化するレンズシステムと、レンズシステムと同じ光軸上に配置された対物レンズと、レンズシステムおよび対物レンズを通して測定対象物の画像を検出する画像検出部と、駆動信号をレンズシステムの共振周波数に追従させる共振ロック制御部と、共振ロック制御部による駆動信号Ｃｆの変化量ｄＣｉの周波数変化を、予め設定された基準値ｄＣｅずつのｎ回の変化に段階化して遅延させる共振ロック遅延制御部と、を有する【選択図】図１１
2019203930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される駆動信号に応じて屈折率が変化するレンズシステムと、前記レンズシステムと同じ光軸上に配置された対物レンズと、前記レンズシステムおよび前記対物レンズを通して測定対象物の画像を検出する画像検出部と、前記駆動信号を前記レンズシステムの共振周波数に追従させる共振ロック制御部と、前記共振ロック制御部による前記駆動信号の周波数変化を遅延させる共振ロック遅延制御部と、を有することを特徴とする焦点距離可変レンズ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点距離可変レンズ装置において、
前記共振ロック遅延制御部は、予め所定の基準値が設定されており、前記共振ロック制御部による前記駆動信号の周波数変化分に達するまで、前記基準値ずつの複数の周波数変化を所定時間間隔で順次実行することを特徴とする焦点距離可変レンズ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の焦点距離可変レンズ装置において、
前記共振ロック遅延制御部は、予め所定の分割回数が設定されており、前記共振ロック制御部による前記駆動信号の周波数変化を前記分割回数で分割し、分割された周波数変化量ずつの複数の周波数変化を所定時間間隔で順次実行することを特徴とする焦点距離可変レンズ装置。
【請求項４】
入力される駆動信号に応じて屈折率が変化するレンズシステムと、前記レンズシステムと同じ光軸上に配置された対物レンズと、前記レンズシステムおよび前記対物レンズを通して測定対象物の画像を検出する画像検出部と、前記駆動信号を前記レンズシステムの共振周波数に追従させる共振ロック制御部と、を有する焦点距離可変レンズ装置を用い、
前記共振ロック制御部による前記駆動信号の周波数変化を行う際に、複数の段階的な変化を行うことを特徴とする焦点距離可変レンズ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は焦点距離可変レンズ装置および焦点距離可変レンズ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
焦点距離可変レンズ装置として、例えば特許文献１に記載された原理の液体レンズシステム（以下単にレンズシステムと呼ぶ）を利用した装置が開発されている。
レンズシステムは、圧電材料で形成された円筒状の振動部材を、透明な液体に浸漬して形成される。レンズシステムにおいて、振動部材の内周面と外周面とに交流電圧を印加すると、振動部材が厚み方向に伸縮し、振動部材の内側の液体を振動させる。液体の固有振動数に応じて印加電圧の周波数を調整することで、液体には同心円状の定在波が形成され、振動部材の中心軸線を中心として屈折率が異なる同心円状の領域が形成される。このため、レンズシステムにおいて、振動部材の中心軸線に沿って光を通せば、この光は同心円状の領域ごとの屈折率に従って、発散または収束する経路を辿ることになる。
【０００３】
焦点距離可変レンズ装置は、前述したレンズシステムと、焦点を結ぶための対物レンズ（例えば通常の凸レンズあるいはレンズ群）とを、同じ光軸上に配置して構成される。
通常の対物レンズに平行光を入射させると、レンズを通過した光は所定の焦点距離にある焦点位置に焦点を結ぶ。これに対し、対物レンズと同軸に配置されたレンズシステムに平行光を入射させると、この光はレンズシステムで発散または収束され、対物レンズを通過した光は元の（レンズシステムがなかった状態の）焦点位置よりも遠くまたは近くにずれた位置に焦点を結ぶ。
従って、焦点距離可変レンズ装置においては、レンズシステムに入力される駆動信号（内部の液体に定在波を発生させる周波数の交流電圧）を印加し、この駆動信号の振幅を増減させることで、焦点距離可変レンズ装置としての焦点位置を一定の範囲内（対物レンズの焦点距離を基準としてレンズシステムにより増減できる所定の変化幅）で任意に制御することができる。
【０００４】
焦点距離可変レンズ装置において、レンズシステムに入力される駆動信号としては、例えば正弦波状の交流信号が用いられる。このような駆動信号が入力されると、焦点距離可変レンズ装置の焦点距離（焦点位置）は正弦波状に変化する。この際、駆動信号の振幅が０のとき、レンズシステムを通る光は屈折されず、焦点距離可変レンズ装置の焦点距離は対物レンズの焦点距離となる。駆動信号の振幅が正負のピークにあるとき、レンズシステムを通る光は最も大きく屈折され、焦点距離可変レンズ装置の焦点距離は対物レンズの焦点距離から最も変化した状態となる。
このような焦点距離可変レンズ装置を用いて画像を取得する際には、駆動信号の正弦波の位相に同期して発光信号を出力してパルス照明を行う。これにより、正弦波状に変化する焦点距離のうち、所定の焦点距離にある状態でパルス照明を行うことで、この焦点距離にある対象物の画像が検出される。一周期のうち複数の位相でパルス照明を行い、各位相に対応して画像検出を行えば、同時に複数の焦点距離の画像を得ることもできる。
【０００５】
前述した焦点距離可変レンズ装置においては、外気温の影響あるいは稼働に伴う発熱などにより、レンズシステムの内部の液体や振動部材の温度が変化する。そして、温度変化により固有振動数が変化し、定在波が得られる交流信号の周波数（共振周波数）も変動する。レンズシステムに入力される駆動信号が変動前と同じままであると、駆動信号が共振周波数のピークからずれてしまい、定在波を効率的に得ることができない。
このような共振周波数の変動に対し、駆動信号を自動的に追従させる共振ロック機能が採用されている。例えば、所定周波数の駆動信号をレンズシステムに入力し、定在波の強度レベルが最大であったとする。ここで、定在波のレベルが低下した際には、駆動信号の周波数がレンズシステムで定在波が得られる共振のピークから外れたと判定し、駆動信号の周波数を増減させて新たなピーク位置を捕捉する。駆動信号の周波数が新たなピーク位置に到達すれば、定在波のレベルも最大強度に復帰できる。このようなピーク位置に対する追従動作を連続的に行うことで、定在波が得られる共振周波数への自動追従（共振ロック）を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０１７７３７６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述した焦点距離可変レンズ装置においては、駆動信号に対して、定在波が得られる周波数への自動追従（共振ロック）を行うことで、効率的な定在波を常に得ることができる。このような周波数の自動追従は、レンズシステムから返される共振周波数を所定周期で監視し、その期間毎に駆動信号の周波数を再設定することで行われる。
しかし、共振ロック付きの焦点距離可変レンズ装置においては、例えば画像測定動作中に共振ロックによる周波数の変化が大きいと、一時的に同じ焦点距離が得られるタイミングが変化し、取得できる画像精度が低下するという問題がある。また、画像測定動作中の画像をユーザが目視していると、画面上のちらつき等、画像が不安定になることがあり、観察性が低下するという問題もある。
【０００８】
本発明の目的は、定在波を効率的に生成できるとともに、高精度で安定した画像が得られる焦点距離可変レンズ装置および焦点距離可変レンズ制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の焦点距離可変レンズ装置は、入力される駆動信号に応じて屈折率が変化するレンズシステムと、前記レンズシステムと同じ光軸上に配置された対物レンズと、前記レンズシステムおよび前記対物レンズを通して測定対象物の画像を検出する画像検出部と、前記駆動信号を前記レンズシステムの共振周波数に追従させる共振ロック制御部と、前記共振ロック制御部による前記駆動信号の周波数変化を遅延させる共振ロック遅延制御部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明において、共振ロック遅延制御部としては、共振ロック制御部による駆動信号の周波数変化を遅延させること、つまり周波数変化の開始から完了までの時間を遅らせる手段が利用できる。具体的には、共振ロックの周波数変化量を複数の変化量に分割して微小な時間間隔で段階的に変化させる手段などが利用できる。共振ロックの周波数変化量を、所定時間かけて連続的に変化させてもよい。
本発明において、共振ロック制御部としては、既存の共振ロック動作を実行する手段を利用することができる。
【００１１】
本発明では、共振ロック制御部により、駆動信号がレンズシステムの現在の共振周波数のピークを自動追従し、定在波を効率的に生成することができる。
共振ロック動作を実行する際には、共振ロック遅延制御部により、共振ロック制御部による自動追従つまり共振周波数への追従動作を遅延させることで、駆動信号の周波数変化が緩やかにされる。その結果、共振ロックによる周波数変化が大きい場合でも、実際に実行される周波数変化は緩やかとされ、周波数変化が大きい場合に生じていた画像取得のタイミング不整や画面のちらつき等を防止でき、高精度な画像を取得することができる。
【００１２】
本発明の焦点距離可変レンズ装置において、前記共振ロック遅延制御部は、予め所定の基準値が設定されており、前記共振ロック制御部による前記駆動信号の周波数変化分に達するまで、前記基準値ずつの複数の周波数変化を所定時間間隔で順次実行することが好ましい。
【００１３】
本発明では、共振ロック制御部による駆動信号の周波数変化が大きい場合でも、実際に実行される駆動信号の周波数変化は、基準値ずつの段階的な変化とされる。従って、基準値を画像取得のタイミング不整や画面のちらつき等を防止できる範囲内の変化量に応じて設定しておけば、これらの画像取得のタイミング不整や画面のちらつき等を確実に防止することができる。
【００１４】
本発明の焦点距離可変レンズ装置において、前記共振ロック遅延制御部は、予め所定の分割回数が設定されており、前記共振ロック制御部による前記駆動信号の周波数変化を前記分割回数で分割し、分割された周波数変化量ずつの複数の周波数変化を所定時間間隔で順次実行することが好ましい。
【００１５】
本発明では、共振ロック制御部による駆動信号の周波数変化が大きい場合でも、実際に実行される駆動信号の周波数変化は、分割回数分の段階的な変化とされ、各変化時の変化量は元の駆動信号の周波数変化全体に比べて小さな値とされる。従って、画像取得のタイミング不整や画面のちらつき等を確実に防止することができる。
さらに、予め設定しておく分割回数により、所定時間間隔ごとの段階的な変化の回数が制限されるため、駆動信号の周波数変化全体の変化量が大きい場合でも、完了までの時間が長大化することを防止できる。
【００１６】
本発明の焦点距離可変レンズ制御方法は、入力される駆動信号に応じて屈折率が変化するレンズシステムと、前記レンズシステムと同じ光軸上に配置された対物レンズと、前記レンズシステムおよび前記対物レンズを通して測定対象物の画像を検出する画像検出部と、前記駆動信号を前記レンズシステムの共振周波数に追従させる共振ロック制御部と、を有する焦点距離可変レンズ装置を用い、前記共振ロック制御部による前記駆動信号の周波数変化を行う際に、複数の段階的な変化を行うことを特徴とする。
本発明では、共振ロック制御部による共振ロック動作の際に、複数の段階的な変化を行うことで、共振ロック制御部による駆動信号の周波数変化を遅延させることができ、前述した本発明の焦点距離可変レンズ装置で説明した通りの作用を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、定在波を効率的に生成できるとともに、高精度で安定した画像が取得できる焦点距離可変レンズ装置および焦点距離可変レンズ制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態を示す模式図。
【図２】前記実施形態のレンズシステムの構成を示す模式図。
【図３】前記実施形態のレンズシステムの振動状態を示す模式図。
【図４】前記実施形態のレンズシステムの焦点距離を示す模式図。
【図５】前記実施形態の要部を示すブロック図。
【図６】前記実施形態の共振周波数の変動を示すグラフ。
【図７】前記実施形態の共振ロック機能を示すグラフ。
【図８】前記実施形態の共振ロック動作を示すフローチャート。
【図９】前記実施形態の共振ロック動作での共振周波数の変動検出を示すグラフ。
【図１０】前記実施形態の共振ロック制御部における周波数追従を示すグラフ。
【図１１】前記実施形態の共振ロック遅延制御部による段階化を示すグラフ。
【図１２】前記実施形態の共振ロック動作による駆動信号を示すグラフ。
【図１３】本発明の他の実施形態の共振ロック動作を示すフローチャート。
【図１４】前記他の実施形態の共振ロック遅延制御部による段階化を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔焦点距離可変レンズ装置１〕
図１において、焦点距離可変レンズ装置１は、焦点距離を可変しつつ測定対象物９の表面の画像を検出するために、当該表面に交差する同じ光軸Ａ上に配置された対物レンズ２、レンズシステム３および画像検出部４を備えている。
さらに、焦点距離可変レンズ装置１は、測定対象物９の表面をパルス照明するパルス照明部５と、レンズシステム３およびパルス照明部５の動作を制御するレンズ制御部６と、レンズ制御部６を操作するための制御用ＰＣ７とを備えている。
【００２０】
制御用ＰＣ７は、既存のパーソナルコンピュータにより構成され、所定の制御用ソフトウェアを実行することで所期の機能が実現される。制御用ＰＣ７には、画像検出部４から画像を取り込んで処理する機能も含まれている。
【００２１】
対物レンズ２は、既存の凸レンズで構成される。
画像検出部４は、既存のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサあるいは他の形式のカメラ等で構成され、入射される画像Ｌｇを所定の信号形式の検出画像Ｉｍとして制御用ＰＣ７へ出力することができる。
パルス照明部５は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子で構成され、レンズ制御部６から発光信号Ｃｉが入力された際に、所定時間だけ照明光Ｌｉを発光させ、測定対象物９の表面に対するパルス照明を行うことができる。照明光Ｌｉは測定対象物９の表面で反射され、測定対象物９の表面からの反射光Ｌｒが対物レンズ２およびレンズシステム３を通して画像Ｌｇを形成する。
【００２２】
レンズシステム３は、レンズ制御部６から入力される駆動信号Ｃｆに応じて屈折率が変化する。駆動信号Ｃｆは、レンズシステム３に定在波を発生させる周波数の交流であって、正弦波状の交流信号である。
焦点距離可変レンズ装置１において、焦点位置Ｐｆまでの焦点距離Ｄｆは、対物レンズ２の焦点距離を基本としつつ、レンズシステム３の屈折率を変化させることで、任意に変化させることができる。
【００２３】
〔レンズシステム３〕
図２において、レンズシステム３は、円筒形のケース３１を有し、ケース３１の内部には円筒状の振動部材３２が設置されている。振動部材３２は、その外周面３３とケース３１の内周面との間に介装されたエラストマ製のスペーサ３９で支持されている。
振動部材３２は、圧電材料を円筒状に形成したものであり、外周面３３と内周面３４との間に駆動信号Ｃｆの交流電圧が印加されることで、厚み方向に振動する。
ケース３１の内部には、透過性の高い液体３５が充填されており、振動部材３２は全体を液体３５に浸漬され、円筒状の振動部材３２の内側は液体３５で満たされている。駆動信号Ｃｆの交流電圧は、振動部材３２の内側にある液体３５に定在波を発生させる周波数に調整されている。
【００２４】
図３に示すように、レンズシステム３においては、振動部材３２を振動させると、内部の液体３５に定在波が生じ、屈折率が交替する同心円状の領域が生じる（図３（Ａ）部および図３（Ｂ）部参照）。
このとき、レンズシステム３の中心軸線からの距離（半径）と液体３５の屈折率との関係は、図３（Ｃ）部に示す屈折率分布Ｗのようになる。
【００２５】
図４において、駆動信号Ｃｆは正弦波状の交流信号であるため、レンズシステム３における液体３５の屈折率分布Ｗの変動幅もこれに従って変化する。そして、液体３５に生じる同心円状の領域の屈折率が正弦波状に変化し、これにより焦点位置Ｐｆまでの焦点距離Ｄｆが正弦波状に変動する。
図４（Ａ）の状態では、屈折率分布Ｗの振れ幅が最大となり、レンズシステム３は通過する光を収束させ、焦点位置Ｐｆは近く、焦点距離Ｄｆは最短となっている。
図４（Ｂ）の状態では、屈折率分布Ｗが平坦となり、レンズシステム３は通過する光をそのまま通過させ、焦点位置Ｐｆおよび焦点距離Ｄｆは標準的な値となっている。
図４（Ｃ）の状態では、屈折率分布Ｗが図４（Ａ）と逆極性で振れ幅が最大となり、レンズシステム３は通過する光を拡散させ、焦点位置Ｐｆは遠く、焦点距離Ｄｆは最大となっている。
図４（Ｄ）の状態では、再び屈折率分布Ｗが平坦となり、レンズシステム３は通過する光をそのまま通過させ、焦点位置Ｐｆおよび焦点距離Ｄｆは標準的な値となっている。
図４（Ｅ）の状態では、再び図４（Ａ）の状態に戻っており、以下同様の変動を繰り返すことになる。
【００２６】
このように、焦点距離可変レンズ装置１においては、駆動信号Ｃｆは正弦波状の交流信号であり、焦点位置Ｐｆおよび焦点距離Ｄｆも図４の焦点変動波形Ｍｆのように正弦波状に変動する。
この際、焦点変動波形Ｍｆの任意の時点で焦点位置Ｐｆにある測定対象物９をパルス照明し、その時点で照明された画像を検出すれば、任意の照明時点での焦点距離Ｄｆにある焦点位置Ｐｆの画像が得られることになる。
【００２７】
〔レンズ制御部６〕
図１に戻って、焦点距離可変レンズ装置１においては、レンズシステム３の振動、パルス照明部５の発光および画像検出部４の画像検出は、レンズ制御部６からの駆動信号Ｃｆおよび発光信号Ｃｉおよび画像検出信号Ｃｃにより制御される。これらを制御するレンズ制御部６の設定などを操作するために、制御用ＰＣ７が接続されている。
【００２８】
図５において、レンズ制御部６は、レンズシステム３に駆動信号Ｃｆを出力する駆動制御部６１と、パルス照明部５に発光信号Ｃｉを出力する発光制御部６２と、画像検出部４に画像検出信号Ｃｃを出力する画像検出制御部６３とを有する。
駆動制御部６１は、共振ロック制御部６１１および共振ロック遅延制御部６１２を有する。
【００２９】
共振ロック制御部６１１は、入力される駆動信号Ｃｆに基づいてレンズシステム３が振動した際に、レンズシステム３に加えられる有効電力あるいは駆動電流から、レンズシステム３の振動状態Ｖｆを検出する。そして、レンズシステム３の振動状態Ｖｆを参照して駆動信号Ｃｆの周波数を調整することで、レンズシステム３の現在の共振周波数にロックすることができる。なお、振動状態Ｖｆは、レンズシステム３に設置した振動センサで検出してもよい。
【００３０】
図６において、レンズシステム３の振動特性がＳ１であったとすると、駆動信号Ｃｆは振動特性Ｓ１のピークに設定されている。レンズシステム３に温度変化などがなければ、共振ロック制御部６１１で検出されるレンズシステム３の振動特性は、駆動信号Ｃｆと同じ振動特性Ｓ１のピーク位置周波数を示す。
ここで、温度変化などにより、レンズシステム３の振動特性がＳ２に変化したとする。共振ロック制御部６１１で検出されるレンズシステム３の振動特性は振動特性Ｓ２のピークへ変動し、駆動信号Ｃｆとはずれることになる。振動特性Ｓ２であるレンズシステム３に駆動信号Ｃｆを入力した場合、駆動信号Ｃｆの周波数は振動特性Ｓ２においてピーク位置でなく、十分な有効電力をレンズシステム３に与えることができず、効率が低下することになる。
【００３１】
図７において、共振ロック制御部６１１は、レンズシステム３から検出される振動状態Ｖｆと、駆動制御部６１からレンズシステム３に入力されている駆動信号Ｃｆとのずれを検出し、レンズシステム３の現在のピーク位置を検索して捕捉したうえ、駆動制御部６１から出力される駆動信号Ｃｆの周波数を現在のピーク位置に変更する。
その結果、駆動制御部６１からレンズシステム３に入力される駆動信号Ｃｆの周波数は、現在のレンズシステム３の振動特性Ｓ２における共振周波数のピークに合わせられ、これにより周波数の自動追従が行われる。
【００３２】
図５に戻って、駆動制御部６１において、共振ロック制御部６１１で制御された駆動信号Ｃｆは、レンズシステム３に出力される前に、共振ロック遅延制御部６１２による周波数変化の遅延処理を施される。
共振ロック遅延制御部６１２は、共振ロック制御部６１１により自動追従される駆動信号Ｃｆの周波数変化に対し、より変化量の小さな段階的な変化に変換することで、この小さな段階的な変化を微小時間間隔で行うことで駆動信号Ｃｆの周波数変化を遅延させる。
共振ロック遅延制御部６１２による段階化による遅延処理については、後の動作説明で詳述する。
【００３３】
〔制御用ＰＣ７〕
制御用ＰＣ７は、レンズ制御部６に設定などの操作を行うためのレンズ操作部７１と、画像検出部４から検出画像Ｉｍを取り込んで処理する画像処理部７２と、焦点距離可変レンズ装置１に対するユーザの操作を受け付ける操作インターフェイス７３と、を有する。
レンズ操作部７１は、共振ロック操作部７１１を有する。共振ロック操作部７１１は、ロック停止モードとロック継続モードとが選択可能である。これらの各モードは、ユーザが操作インターフェイス７３を用いて切り替えることができる。
共振ロック操作部７１１は、ロック継続モードとすることで、共振ロック制御部６１１が有効となり、共振ロック制御部６１１による共振周波数への自動追従が行われる。
一方、ロック停止モードとすることで、共振ロック制御部６１１が無効化され、共振周波数への自動追従が行われなくなる。この状態では、一定の共振周波数のもとでの高精度画像の取得が可能となる。
【００３４】
〔共振ロック動作〕
次に、図８から図１２を参照して、本実施形態における共振ロック動作を説明する。
本実施形態では、レンズ制御部６の駆動制御部６１が、レンズシステム３の振動状態Ｖｆを検出しつつ、駆動信号Ｃｆによりレンズシステム３を駆動している。そして、レンズ操作部７１でロック継続モードとすることで、駆動制御部６１において共振ロック動作が行われる。
共振ロック動作においては、所定期間ごとに、共振ロック制御部６１１が振動状態Ｖｆを参照し、共振周波数に追従するように駆動信号Ｃｆの周波数を変化させる。この際、共振ロック制御部６１１で周波数が変化された駆動信号Ｃｆに対して、共振ロック遅延制御部６１２による周波数変化の遅延処理が行われる。
具体的には、図８の処理を、所定期間ごと（図９の時点ｔ１，ｔ２，ｔ３…ごと）に行う。
【００３５】
図８において、共振ロック制御部６１１は、振動状態Ｖｆを参照し、その変化量ｄＶｉを検出し（処理Ｓ１１）、駆動信号Ｃｆを追従させる（処理Ｓ１２）。
図９において、振動状態Ｖｆでは、各時点ｔ１，ｔ２，ｔ３…において前時点からの変化量ｄＶ１，ｄＶ２，ｄＶ３…が検出できる。このうち、変化量ｄＶ１，ｄＶ６〜ｄＶ８は比較的小さな値であるが、振動状態Ｖｆの傾きが大きい時点ｔ２〜ｔ５での変化量ｄＶ２〜ｄＶ５は比較的大きな値となっている。
図１０において、自動追従される駆動信号Ｃｆは、各時点ｔ１〜ｔ８での振動状態Ｖｆの変化量ｄＶ１〜ｄＶ８に対応して、各時点ｔ１〜ｔ８で変化量ｄＣ１〜ｄＣ８となる段階的な信号とされる。振動状態Ｖｆの傾きに従って、駆動信号Ｃｆにおいて時点ｔ２〜ｔ５での変化量ｄＣ２〜ｄＣ５は比較的大きな値となっている。
【００３６】
図８に戻って、共振ロック制御部６１１による駆動信号Ｃｆの追従（処理Ｓ１２）に続いて、共振ロック遅延制御部６１２により、共振ロック制御部６１１が設定した駆動信号Ｃｆの変化量ｄＣｉが検出される（処理Ｓ１３）。
共振ロック遅延制御部６１２は、予め設定されている基準値ｄＣｅに基づいて、共振ロック制御部６１１が設定した変化量ｄＣｉが基準値ｄＣｅと等しいまたは小さいこと（ｄＣｉ≦ｄＣｅ）を判定する（処理Ｓ１４）。
変化量ｄＣｉが基準値ｄＣｅと等しいまたは小さいとき、共振ロック遅延制御部６１２は、時点ｔｉにおける駆動信号Ｃｆの変化として、共振ロック制御部６１１が設定した変化量ｄＣｉがそのまま実行されるように設定する（処理Ｓ１５）。
【００３７】
一方、変化量ｄＣｉが基準値ｄＣｅより大きいとき、共振ロック遅延制御部６１２は、時点ｔｉにおける駆動信号Ｃｆの変化が、基準値ｄＣｅを基準とする段階的な変化として実行されるように設定する。
具体的には、共振ロック制御部６１１が設定した変化量ｄＣｉを、基準値ｄＣｅで除算し、商ｎと剰余ｄＣｍを計算する（処理Ｓ１６）。このときｄＣｉ＝ｎ×ｄＣｅ＋ｄＣｍである。
次に、時点ｔｉにおける駆動信号Ｃｆの変化として、基準値ｄＣｅでｎ回、剰余ｄＣｍで１回、それぞれ時間ｄｔｅ間隔で順次実行されるように設定する（処理Ｓ１７）。なお、時間ｄｔｅは、共振ロック動作を実行する所定期間に対して十分小さい値とする。
【００３８】
図１１には、処理Ｓ１６および処理Ｓ１７による、時点ｔｉにおける駆動信号Ｃｆの変化の段階化処理の状態が示されている。
時点ｔｉにおいて、共振ロック制御部６１１により、振動状態Ｖｆを参照して駆動信号Ｃｆの変化量ｄＣｉが設定される（前述した図８の処理Ｓ１３）。変化量ｄＣｉが基準値ｄＣｅに対して大きい値であれば（前述した図８の処理Ｓ１４）、共振ロック遅延制御部６１２により、商ｎと剰余ｄＣｍが計算され（前述した図８の処理Ｓ１６）、基準値ｄＣｅの段階的な変化がｎ回と、剰余ｄＣｍの段階的な変化が１回、それぞれ所定の時間ｄｔｅ間隔で順次実行される。
その結果、時点ｔｉでの駆動信号Ｃｆの周波数変化は、先に共振ロック制御部６１１が設定した変化量ｄＣｉ（＝ｎ×ｄＣｅ＋ｄＣｍ）に達することになる。
【００３９】
図１２には、図８の処理Ｓ１３〜Ｓ１７により遅延処理された駆動信号Ｃｆが示されている。
駆動信号Ｃｆでは、時点ｔ１，ｔ６〜ｔ８での変化量ｄＣ１，ｄＣ６〜ｄＣ８は、基準値ｄＣｅより小さな値であるので、図８の処理Ｓ１３〜Ｓ１５により変化量ｄＣ１，ｄＣ６〜ｄＣ８がそのまま実行される。
一方、時点ｔ２〜ｔ５での変化量ｄＣ２〜ｄＣ５は、基準値ｄＣｅよりも大きな値であるため、図８の処理Ｓ１３〜Ｓ１７により段階化が行われ、時点ｔ２では２段階、時点ｔ３では４段階、時点ｔ４では５段階、時点ｔ５では３段階に変換され、それぞれ変化量ｄＣ２〜ｄＣ５に達するまでの時間が遅延されるとともに、各段階での変化量が基準値ｄＣｅ未満に制限されている。
【００４０】
〔実施形態の効果〕
以上に説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態では、共振ロック制御部６１１により、駆動信号Ｃｆがレンズシステム３の現在の共振周波数のピークを自動追従し、定在波を効率的に生成することができる。
共振ロック動作を実行する際には、共振ロック遅延制御部６１２により、共振ロック制御部６１１による自動追従つまり共振周波数への追従動作を遅延させることで、駆動信号Ｃｆの周波数変化が緩やかにされる。その結果、共振ロックによる周波数変化の変化量ｄＣｉが大きい場合でも、実際に実行される段階的な周波数変化の変化量（＝基準値ｄＣｒ）は緩やかとされ、周波数変化が大きい場合に生じていた画像取得のタイミング不整や画面のちらつき等を防止でき、高精度な画像を取得することができる。
【００４１】
本実施形態では、共振ロック遅延制御部６１２は、予め所定の基準値ｄＣｅが設定されており、共振ロック制御部６１１による駆動信号Ｃｆの周波数変化の変化量ｄＣｉに達するまで、基準値ｄＣｅずつの複数の周波数変化を所定時間ｄｔｅ間隔で順次実行するようにした。このため、共振ロック制御部６１１による駆動信号Ｃｆの周波数変化の変化量ｄＣｉが大きい場合でも、実際に実行される駆動信号Ｃｆの周波数変化は、基準値ｄＣｅずつの段階的な変化とされる。従って、基準値ｄＣｅを画像取得のタイミング不整や画面のちらつき等を防止できる範囲内の変化量に応じて設定しておけば、これらの画像取得のタイミング不整や画面のちらつき等を確実に防止することができる。
【００４２】
なお、本実施形態では処理Ｓ１４により変化量ｄＣｉと基準値ｄＣｅとの比較を行い、等しいか小さいときは変化量ｄＣｉをそのまま駆動信号Ｃｆの変化に用い、変化量ｄＣｉが基準値ｄＣｅより大きい際に処理Ｓ１６〜Ｓ１７の段階化処理を行うようにした。
しかし、処理Ｓ１４，Ｓ１５の処理は省略してもよい。この場合、処理Ｓ１６における除算において、商ｎ＝０、剰余ｄＣｍ＝ｄＣｉとなり、結果として変化量ｄＣｉによる１段階の変化が実行されることになる。
ただし、処理Ｓ１４，Ｓ１５を採用することで、変化量ｄＣｉが基準値ｄＣｅより小さい場合に処理Ｓ１６，Ｓ１７の計算を省略することができる。
【００４３】
〔他の実施形態〕
図１３および図１４には、本発明の他の実施形態が示されている。
前述した実施形態では、図８〜図１２で説明したように、基準値ｄＣｅを用い、除算で得られる商ｎおよび剰余ｄＣｍを用いた段階的な変化を採用していた。
これに対し、図１３および図１４では、予め分割回数ｍを設定しておき、この分割回数ｍで駆動信号Ｃｆの周波数変化の変化量ｄＣｉを分割することで、より小さい変化量ｄＣｄ（＝ｄＣｉ／ｎ）での段階的な変化を実行する。
【００４４】
図１３において、共振ロック制御部６１１は、振動状態Ｖｆを参照し、その変化量ｄＶｉを検出し（処理Ｓ２１）、駆動信号Ｃｆを追従させる（処理Ｓ２２）。続いて、共振ロック遅延制御部６１２により、共振ロック制御部６１１が設定した駆動信号Ｃｆの変化量ｄＣｉを検出する（処理Ｓ２３）。これらの処理Ｓ２１〜Ｓ２３は、前述した処理Ｓ１１〜Ｓ１３と同様である。
【００４５】
変化量ｄＣｉが検出されたら、共振ロック遅延制御部６１２は、変化量ｄＣｉを、分割回数ｍで分割し、段階的な変化量ｄＣｄ＝ｄＣｉ／ｍを計算する（処理Ｓ２４）。
次に、時点ｔｉにおける駆動信号Ｃｆの変化として、変化量ｄＣｄでｍ回の変化を、時間ｄｔｅ間隔で順次実行されるように設定する（処理Ｓ２５）。
【００４６】
図１４には、処理Ｓ２４および処理Ｓ２５による、時点ｔｉにおける駆動信号Ｃｆの変化の段階化処理の状態が示されている。
時点ｔｉにおいて、共振ロック制御部６１１により、振動状態Ｖｆを参照して駆動信号Ｃｆの変化量ｄＣｉが設定される（前述した図１３の処理Ｓ２３）。共振ロック遅延制御部６１２により、段階的な変化量ｄＣｄ＝ｄＣｉ／ｍが計算され（前述した図１３の処理Ｓ２４）、変化量ｄＣｄの段階的な変化がｍ回、それぞれ所定の時間ｄｔｅ間隔で順次実行される。
その結果、時点ｔｉでの駆動信号Ｃｆの周波数変化は、先に共振ロック制御部６１１が設定した変化量ｄＣｉ（＝ｄＣｄ×ｎ）に達することになる。
【００４７】
本実施形態では、共振ロック遅延制御部６１２は、予め所定の分割回数ｍが設定されており、共振ロック制御部６１１による駆動信号Ｃｆの周波数変化の変化量ｄＣｉを分割回数ｍで分割し、分割された周波数の変化量ｄＣｄずつの複数の周波数変化を所定時間ｄｔｅ間隔で順次実行するようにした。このため、共振ロック制御部６１１による駆動信号Ｃｆの周波数変化の変化量ｄＣｉが大きい場合でも、実際に実行される駆動信号Ｃｆの周波数変化は、分割回数ｍ分の段階的な変化とされ、各変化時の変化量ｄＣｄ＝ｄＣｉ／ｎは元の駆動信号Ｃｆの周波数変化の変化量ｄＣｉ全体に比べて小さな値とされる。従って、画像取得のタイミング不整や画面のちらつき等を確実に防止することができる。
さらに、予め設定しておく分割回数ｍにより、所定時間ｄｔｅ間隔ごとの段階的な変化の回数が制限されるため、駆動信号Ｃｆの周波数変化全体の変化量ｄＣｉが大きい場合でも、常に時間ｄｔｅ×ｎで変化を完了することができ、完了までの時間が長大化することを防止できる。
【００４８】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、共振ロック遅延制御部６１２が予め設定される基準値ｄＣｅまたは分割回数ｍを参照するようにしたが、これらの基準値ｄＣｅまたは分割回数ｍは、共振ロック遅延制御部６１２に記憶されてもよく、あるいは駆動制御部６１に設置される他の記憶領域などに記憶されてもよく、制御用ＰＣ７に記憶されるもの、あるいは制御用ＰＣ７からユーザが入力する値であってもよい。
前記実施形態では、共振ロック操作部７１１を設け、共振ロック制御部６１１の有効または無効を切り替えたが、このような共振ロック操作部７１１は省略してもよく、共振ロック制御部６１１により共振ロック動作が常時実行されるものとしてもよい。
【００４９】
前記実施形態では、レンズシステム３の駆動および制御を行うために、レンズ制御部６と制御用ＰＣ７との組み合わせを用いたが、これらはレンズシステム３の駆動、制御ないし操作までを一括して行う一体の装置としてもよい。しかし、前記実施形態のように、レンズ制御部６と制御用ＰＣ７との組み合わせとすることで、レンズシステム３の駆動および制御に必要なハードウェアを専用のレンズ制御装置として独立させることができる。また、レンズ制御部６操作や設定調整、さらには画像の取り込みまでを汎用性の高いパーソナルコンピュータを用いて実現することができる。
【００５０】
前記実施形態では、駆動信号Ｃｆおよび焦点変動波形Ｍｆを正弦波としたが、これは三角波、鋸歯状波、矩形波その他の波形であってもよい。
レンズシステム３の具体的構成は適宜変更してよく、ケース３１および振動部材３２は円筒状のほか六角筒状などであってもよく、これらの寸法や液体３５の属性も適宜選択することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は焦点距離可変レンズ装置および焦点距離可変レンズ制御方法に利用できる。
【符号の説明】
【００５２】
１…焦点距離可変レンズ装置、２…対物レンズ、３…レンズシステム、３１…ケース、３２…振動部材、３３…外周面、３４…内周面、３５…液体、３９…スペーサ、４…画像検出部、５…パルス照明部、６…レンズ制御部、６１…駆動制御部、６１１…共振ロック制御部、６１２…共振ロック遅延制御部、６２…発光制御部、６３…画像検出制御部、７…制御用ＰＣ、７１…レンズ操作部、７１１…共振ロック操作部、７２…画像処理部、７３…操作インターフェイス、９…測定対象物、Ａ…光軸、Ｃｃ…画像検出信号、Ｃｆ…駆動信号、Ｃｉ…発光信号、Ｃｃ…画像検出信号、Ｄｆ…焦点距離、ｄＣ１〜ｄＣ８，ｄＣｉ，ｄＣｄ，ｄＶ１〜ｄＶ８，ｄＶｉ…変化量、ｄＣｍ…剰余、ｄｔｅ…時間間隔、Ｉｍ…検出画像、Ｌｇ…画像、Ｌｉ…照明光、Ｌｒ…反射光、Ｍｆ…焦点変動波形、ｍ…分割回数、ｎ…商、Ｐｆ…焦点位置、Ｓ１，Ｓ２…振動特性、Ｖｆ…振動状態、Ｗ…屈折率分布。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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