(57)【要約】【課題】測定対象物に応じた焦点距離の自動設定が可能な焦点距離可変レンズ制御方法および焦点距離可変レンズ装置を提供する。【解決手段】焦点距離可変レンズの異なる焦点距離Ｄｉに複数の候補面Ｐｉを設定し、候補面Ｐｉの各々で画像検出部により測定対象物の画像を検出し、検出した各画像のコントラストＣＴｉを計算し、コントラストＣＴｉに基づいて候補面Ｐｉのいずれかを選択し、選択した候補面Ｐｉの焦点距離Ｄｉ（駆動信号Ｃｆにおける検出位相θｉ）をレンズ制御部に設定する。【選択図】図８
2019152787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点距離を変更可能な焦点距離可変レンズと、前記焦点距離可変レンズを通して測定対象物の画像を検出可能な画像検出部と、前記焦点距離可変レンズが所定の焦点距離のときに前記画像検出部に画像を検出させるレンズ制御部と、を有する焦点距離可変レンズ装置を用い、
前記焦点距離可変レンズの異なる焦点距離に複数の候補面を設定し、前記候補面の各々で前記画像検出部により前記測定対象物の画像を検出し、検出した各画像のコントラストを計算し、前記コントラストに基づいて前記候補面のいずれかを選択し、選択した前記候補面の焦点距離を前記レンズ制御部に設定することを特徴とする焦点距離可変レンズ制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載した焦点距離可変レンズ制御方法において、
予め画面数を指定しておくとともに、
検出した前記コントラストに基づいて前記候補面に順位を付けておき、
前記順位の上位から前記画面数の前記候補面を選択することを特徴とする焦点距離可変レンズ制御方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載した焦点距離可変レンズ制御方法において、
予め候補面間隔を指定しておき、
前記候補面を、前記焦点距離可変レンズの焦点可変範囲内の前記候補面間隔ごとの各焦点距離に設定することを特徴とする焦点距離可変レンズ制御方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載した焦点距離可変レンズ制御方法において、
予め前記測定対象物の一部に対象領域を指定しておき、
前記候補面の設定ないし前記コントラストの計算を前記対象領域に対して行うことを特徴とする焦点距離可変レンズ制御方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載した焦点距離可変レンズ制御方法において、
前記焦点距離可変レンズが、入力される駆動信号に応じて屈折率が変化する液体レンズシステムと、前記液体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、を有することを特徴とする焦点距離可変レンズ制御方法。
【請求項６】
焦点距離を変更可能な焦点距離可変レンズと、前記焦点距離可変レンズを通して測定対象物の画像を検出可能な画像検出部と、前記焦点距離可変レンズが所定の焦点距離のときに前記画像検出部に画像を検出させるレンズ制御部と、前記画像検出部が画像を検出する焦点距離を前記レンズ制御部に設定するレンズ操作部と、を有し、
前記レンズ操作部は、前記焦点距離可変レンズの異なる焦点距離に複数の候補面を設定し、前記候補面の各々で前記画像検出部により前記測定対象物の画像を検出し、検出した各画像のコントラストを計算する候補面設定部と、前記コントラストに基づいて前記候補面のいずれかを選択し、選択した前記候補面の焦点距離を前記レンズ制御部に設定する焦点距離設定部と、を有することを特徴とする焦点距離可変レンズ装置。
【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制御方法および焦点距離可変レンズ装置に関する。
【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ことがある）を利用した装置が開発されている。
液体レンズシステムは、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。液体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と、液体に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。この状態で、振動部材の中心軸線に沿って光を通すと、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、前述した液体レンズシステムと、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。液体レンズシステムは、液体レンズユニットとしてパッケージ化され、焦点距離可変レンズ装置に組み込まれる。
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、所定の焦点距離に合焦した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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
前述した焦点距離可変レンズ装置では、パルス照明を行うタイミング（駆動信号における位相）つまり画像検出する焦点距離を、ユーザが設定していた。
すなわち、対象物の表面の位置に相当する焦点距離をレンズシステムの制御部に設定すれば、同表面に合焦した状態でパルス照明および画像検出を行うことができ、鮮明な表面画像を検出することができる。対象物の表面に高さが異なる複数の段差面がある場合、各段差面の表面に対応した複数の焦点距離を設定することで、各段差面の表面画像を含む画像を検出することができる。
しかし、ユーザが測定対象物の検出部位に応じた焦点距離を取得するには、予め測定対象物の仮測定を行い、得られた画像をユーザが目視確認して合焦する画像の焦点距離を取得したり、あるいは、ユーザが測定対象物の形状測定を行い、相対的な測定位置を焦点可変レンズの位相に換算して焦点距離を取得したりするなどしていた。
このため、ユーザが焦点距離を設定するためには、煩雑な準備作業により対象物に応じて合焦する焦点距離を取得する必要であり、その改善が求められていた。
【０００７】
本発明の目的は、測定対象物に応じた焦点距離の自動設定が可能な焦点距離可変レンズ制御方法および焦点距離可変レンズ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の焦点距離可変レンズ制御方法は、焦点距離を変更可能な焦点距離可変レンズと、前記焦点距離可変レンズを通して測定対象物の画像を検出可能な画像検出部と、前記焦点距離可変レンズが所定の焦点距離のときに前記画像検出部に画像を検出させるレンズ制御部と、を有する焦点距離可変レンズ装置を用い、前記焦点距離可変レンズの異なる焦点距離に複数の候補面を設定し、前記候補面の各々で前記画像検出部により前記測定対象物の画像を検出し、検出した各画像のコントラストを計算し、前記コントラストに基づいて前記候補面のいずれかを選択し、選択した前記候補面の焦点距離を前記レンズ制御部に設定することを特徴とする。
【０００９】
本発明において、画像のコントラストとしては、例えば画像内の最大輝度画素の輝度値を最小輝度画素の輝度値で除した値、いわゆるコントラスト比を用いることができる。また、所定の焦点距離のときに画像検出を行うために、焦点距離可変レンズの焦点距離に同期して所定のタイミングで発光するパルス照明を用いることができる。
【００１０】
本発明では、焦点距離可変レンズの焦点範囲内に焦点距離が異なる複数の候補面を設定し、各候補面で測定対象物の画像検出を行う。
例えば、特定の候補面において、その焦点距離が測定対象物の一部表面に一致するとき、その表面は合焦状態で撮影され、その表面に対応する画像領域ではコントラストが高くなる。一方、他の表面は焦点距離からずれ、ぼやけた状態で撮影され、その表面に対応する画像領域ではコントラストが低くなる。つまり、各候補面での検出画像のコントラストをそれぞれ計算すると、一部に合焦部分があるものではコントラストが高く、なければコントラストが低くなる。
従って、複数の候補面からコントラストに基づく選択を行うことで、測定対象物の表面に合焦する候補面を特定することができる。そして、特定された候補面の焦点距離を、レンズ制御部に設定することができる。
これにより、ユーザによる煩雑な準備作業を必要とせず、測定対象物に応じた焦点距離の自動設定が可能となる。
【００１１】
本発明の焦点距離可変レンズ制御方法において、予め画面数を指定しておくとともに、検出した前記コントラストに基づいて前記候補面に順位を付けておき、前記順位の上位から前記画面数の前記候補面を選択することが好ましい。
【００１２】
本発明では、予め画面数を指定しておけば、あとはユーザが操作することなく、コントラストに基づく順位付けに基づいて、測定対象物の合焦位置となる候補面を自動的に選択することができる
なお、コントラストが計算された複数の候補面のいずれかを選択する手段としては、例えばコントラスト順にソートされたリストを表示し、ユーザが各候補面のコントラストを判定していずれか選択することもできる。
また、コントラストが基準値以上となる候補面をすべて選択してもよい。
なお、画面数＝１と設定した場合、合焦する候補面を自動選択することになり、いわゆる一般的なオートフォーカスと同様な画像を得ることができる。
【００１３】
本発明の焦点距離可変レンズ制御方法において、予め候補面間隔を指定しておき、前記候補面を、前記焦点距離可変レンズの焦点可変範囲内の前記候補面間隔ごとの各焦点距離に設定することが好ましい。
【００１４】
本発明では、候補面間隔を指定すれば、焦点距離可変レンズの焦点可変範囲内に複数の候補面を設定することができ、従来の候補面として異なる焦点距離を個々に指定するといった煩雑な操作を解消できる。
候補面間隔としては、測定対象物における形状などを考慮してユーザが設定すればよい。例えば測定対象物が３つの段差面だけといった単純な形状であれば、候補面間隔を大きく、候補面数を少なくすることで、処理時間も短縮できる。また、測定対象物が複雑な凹凸を有する場合、候補面間隔を小さくとることが好ましい。
なお、複数の候補面としては、例えば焦点距離可変レンズの焦点可変範囲内に設定する候補面の数を指定してもよい。
【００１５】
本発明の焦点距離可変レンズ制御方法において、予め前記測定対象物の一部に対象領域を指定しておき、前記候補面の設定ないし前記コントラストの計算を前記対象領域に対して行うことが好ましい。
【００１６】
本発明では、予め測定対象物の一部に対象領域を指定しておくことで、当該対象領域に限定した処理を行うことができ、候補面の設定ないし選択に至る処理の高速化を図ることができる。
対象領域としては、測定対象物のうち、画像測定を実施する領域などの関心領域を適宜用いることができる。
対象領域の選択は、測定対象物を画面に表示して画面上で領域を選択する操作などにより行うことができる。
【００１７】
本発明の焦点距離可変レンズ制御方法において、前記焦点距離可変レンズが、入力される駆動信号に応じて屈折率が変化する液体レンズシステムと、前記液体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、を有することが好ましい。
【００１８】
本発明では、対物レンズで基本的な結像が得られるとともに、液体レンズシステムにより焦点距離を変更可能である。液体レンズシステムを用いることで、焦点距離を可変とするための機械的な手段が必要なく、装置構成を簡素化できる。また、液体レンズシステムは、焦点距離を高速で周期的に変化させることができ、複数の焦点面に合焦したマルチプレーン画像（焦点距離が異なる複数の画像を合成させた画像に相当）も容易に得ることができる。
【００１９】
本発明の焦点距離可変レンズ装置は、焦点距離を変更可能な焦点距離可変レンズと、前記焦点距離可変レンズを通して測定対象物の画像を検出可能な画像検出部と、前記焦点距離可変レンズが所定の焦点距離のときに前記画像検出部に画像を検出させるレンズ制御部と、前記画像検出部が画像を検出する焦点距離を前記レンズ制御部に設定するレンズ操作部と、を有し、前記レンズ操作部は、前記焦点距離可変レンズの異なる焦点距離に複数の候補面を設定し、前記候補面の各々で前記画像検出部により前記測定対象物の画像を検出し、検出した各画像のコントラストを計算する候補面設定部と、前記コントラストに基づいて前記候補面のいずれかを選択し、選択した前記候補面の焦点距離を前記レンズ制御部に設定する焦点距離設定部と、を有することを特徴とする。
本発明では、本発明の焦点距離可変レンズ制御方法で説明した通りの効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、測定対象物に応じた焦点距離の自動設定が可能な焦点距離可変レンズ制御方法および焦点距離可変レンズ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態を示す模式図。
【図２】前記実施形態の液体レンズシステムの構成を示す模式図。
【図３】前記実施形態の液体レンズシステムの振動状態を示す模式図。
【図４】前記実施形態の液体レンズシステムの焦点距離を示す模式図。
【図５】前記実施形態の制御部分を示すブロック図。
【図６】前記実施形態の制御手順を示すフローチャート。
【図７】前記実施形態の対象領域の設定操作を示す模式図。
【図８】前記実施形態の制御動作を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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ものである。
このために、焦点距離可変レンズ装置１は、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および液体レンズユニット３と、対物レンズ２および液体レンズユニット３を通して得られる測定対象物９の画像を検出する画像検出部４と、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、を備えている。
焦点距離可変レンズ装置１においては、対物レンズ２および液体レンズユニット３により焦点距離可変レンズが構成される。
【００２３】
さらに、焦点距離可変レンズ装置１は、液体レンズユニット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。
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。
【００２４】
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および液体レンズユニット３を通して画像Ｌｇを形成する。
【００２５】
液体レンズユニット３は、内部に液体レンズシステムが構成され、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、液体レンズユニット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、液体レンズユニット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。
【００２６】
〔液体レンズユニット３〕
図２において、液体レンズユニット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。
【００２７】
図３に示すように、液体レンズユニット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、液体レンズユニット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。
【００２８】
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、液体レンズユニット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、液体レンズユニット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、液体レンズユニット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、液体レンズユニット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、液体レンズユニット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。
【００２９】
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。
【００３０】
〔レンズ制御部６〕
図５に示すように、焦点距離可変レンズ装置１において、液体レンズユニット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。この際、レンズ制御部６には、液体レンズユニット３の振動状態Ｖｆとして、液体レンズユニット３に加えられる有効電力あるいは駆動電流などが返される。
レンズ制御部６は、液体レンズユニット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。
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。
【００３１】
〔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、レンズ制御部６が液体レンズユニット３を制御する際の各種設定などを操作する機能を有するとともに、本発明に基づいて測定対象物９に応じた焦点距離の自動設定を行うための構成を備えている。
【００３２】
レンズ操作部７１は、候補面設定部７１１および焦点距離設定部７１２を有する。
候補面設定部７１１は、焦点距離可変レンズ装置１の異なる焦点距離（Ｄｉ：図８参照）に複数の候補面（Ｐｉ：図８参照）を設定し、候補面Ｐｉの各々で、画像検出部４により測定対象物９の検出画像Ｉｍを検出し、各検出画像Ｉｍのコントラスト（ＣＴｉ：図８参照）を計算するものである。
焦点距離設定部７１２は、先に計算したコントラストＣＴｉに基づいて、候補面Ｐｉのいずれかを選択し、選択した候補面Ｐｉの焦点距離Ｄｉ（パルス照明部５に対する発光信号Ｃｉとなる駆動信号Ｃｆにおける位相θｉ）をレンズ制御部に設定するものである。
【００３３】
図６には、レンズ操作部７１で実行される焦点距離自動設定の具体的な処理手順が示されている。
レンズ操作部７１で焦点距離自動設定を実行する際には、事前設定として、ユーザが操作インターフェイス７３から、測定対象物９における対象領域を指定するとともに、候補面Ｐｉに関する候補面間隔ｄＤと画面数Ｓｎの指定をしておく（処理Ｓ１）。
図７に示すように、対象領域の指定は、画像検出部４から取り込んだ測定対象物９の画像を操作インターフェイス７３に表示させ、所望の対象領域９Ｒを枠ツールで囲む等により行うことができる。測定対象物９の全体を対象領域９Ｒとする場合、測定対象物９の全体を枠ツールで囲めばよい。
【００３４】
対象領域９Ｒとしては、測定対象物のうち、画像測定を実施する領域などの関心領域を適宜用いることができる。
候補面間隔ｄＤとしては、測定対象物９における形状などを考慮してユーザが設定すればよい。例えば測定対象物９が３つの段差面だけといった単純な形状であれば、候補面間隔ｄＤを大きく、候補面Ｐｉの数を少なくすることで、処理時間も短縮できる。また、測定対象物９が複雑な凹凸を有する場合、候補面間隔ｄＤを小さくし、多くの候補面Ｐｉを設定することが好ましい。
【００３５】
図６に戻って、候補面設定部７１１は、指定された候補面間隔ｄＤに基づいて、液体レンズユニット３の合焦範囲内に候補面間隔ｄＤごとの焦点距離Ｄｉを割り当て、各焦点距離Ｄｉに候補面Ｐｉを設定する（処理Ｓ２）。
続いて、候補面設定部７１１は、設定された候補面Ｐｉの各々に合焦した状態で測定対象物９の画像を検出して記憶する（処理Ｓ３）。さらに、検出した各候補面Ｐｉの画像に対し、コントラストＣＴｉを計算する（処理Ｓ４）。
【００３６】
図８に示すように、候補面間隔ｄＤが焦点距離可変レンズ（対物レンズ２および液体レンズユニット３）の焦点距離可変範囲の５％であるとすると、焦点距離可変範囲には２１の候補面Ｐｉ（候補面Ｐ０〜Ｐ２０）が設定される。
候補面間隔ｄＤには、それぞれ駆動信号Ｃｆにおける位相θｉが対応する。この位相θｉで発光制御部６２から発光信号Ｃｉを出力し、パルス照明部５を発光させることで、焦点距離が候補面Ｐｉにある状態での画像を検出することができる。
測定対象物９の段差状の表面が候補面Ｐ４，Ｐ９，Ｐ１２，Ｐ１５にあるとき、各表面は合焦状態で画像に検出される。ここで、候補面Ｐｉの各々のコントラストＣＴｉを計算すると、候補面Ｐ４，Ｐ９，Ｐ１２，Ｐ１５のコントラストＣＴｉにピークが表れることになる。
【００３７】
図６に戻って、候補面設定部７１１における処理Ｓ１〜Ｓ４により、コントラストＣＴｉ付きの候補面Ｐｉのデータが得られたら、焦点距離設定部７１２により、測定対象物９の測定に用いる候補面Ｐｉの選択を行う。
焦点距離設定部７１２は、コントラストＣＴｉに基づいて、各候補面Ｐｉに順位ＲＫｉを付与する（処理Ｓ５）。そして、順位ＲＫｉの上位から、処理Ｓ１で設定された画面数Ｓｎ個分の候補面Ｐｉを選択する（処理Ｓ６）。
さらに、焦点距離設定部７１２は、選択した候補面Ｐｉの焦点距離Ｄｉ（または検出位相θｉ）をレンズ制御部６（発光制御部６２および画像検出制御部６３）に設定する（処理Ｓ７）。
【００３８】
図８において、候補面Ｐｉに対して計算されたコントラストＣＴｉのピークは４つあるが、例えば画面数Ｓｎが２であった場合には、順位ＲＫｉが１位の候補面Ｐ１２と、２位の候補面Ｐ４とが選択される。
そして、各々に対応する焦点距離Ｄ１２，Ｄ４（または検出位相θ１２，θ４）がレンズ制御部６に設定される。
レンズ制御部６においては、設定された焦点距離Ｄ１２，Ｄ４（または検出位相θ１２，θ４）に基づいて画像検出動作を行うことで、測定対象物９の段差状の表面に合焦した画像を得ることができる。
【００３９】
上述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、焦点距離可変レンズ（対物レンズ２および液体レンズユニット３）の焦点範囲内に、焦点距離Ｄｉが異なる複数の候補面Ｐｉを設定し、各候補面Ｐｉで測定対象物９の画像検出を行うとともに、複数の候補面Ｐｉにおける検出画像のコントラストＣＴｉに基づく選択を行うことで、測定対象物９の表面に合焦する候補面Ｐｉを特定することができる。そして、特定された候補面Ｐｉの焦点距離Ｄｉ（または検出位相θｉ）を、レンズ制御部６に設定することができる。
これにより、ユーザによる煩雑な準備作業を必要とせず、測定対象物９に応じた焦点距離Ｄｉの自動設定を行うことができる。
とくに、複数の候補面Ｐｉからいずれかを選択する際に、各々の検出画像のコントラストＣＴｉを計算しておき、これを参照して選択を行うことで、測定対象物９の表面に合焦する候補面Ｐｉを確実に選択することができる。
【００４０】
本実施形態では、予め画面数Ｓｎを指定しておくとともに、検出したコントラストＣＴｉに基づいて候補面Ｐｉに順位ＲＫｉを付けておき、順位ＲＫｉの上位から画面数Ｓｎ分の候補面Ｐｉを選択するようにした。このため、予め画面数Ｓｎを指定しておけば、あとはユーザが操作することなく、コントラストＣＴｉに基づく順位付けに基づいて、測定対象物９の合焦位置となる候補面Ｐｉを自動的に選択することができる
【００４１】
本実施形態では、予め候補面間隔ｄＤを指定しておき、候補面Ｐｉを、焦点距離可変レンズ（対物レンズ２および液体レンズユニット３）の焦点可変範囲内の候補面間隔ｄＤごとの各焦点距離Ｄｉに設定するようにした。このため、候補面間隔ｄＤを指定すれば、焦点距離可変レンズの焦点可変範囲内に複数の候補面Ｐｉを自動的に割り当てて設定することができ、候補面Ｐｉとして異なる焦点距離Ｄｉを個々に指定するといった煩雑な操作を解消できる。
【００４２】
本実施形態では、予め測定対象物９の一部に対象領域９Ｒを指定しておき、候補面Ｐｉの設定ないしコントラストＣＴｉの計算を指定した対象領域９Ｒに対して行うようにした。このため、候補面Ｐｉの設定ないし選択に至る処理の高速化を図ることができる。
【００４３】
本実施形態では、焦点距離可変レンズとして、入力される駆動信号に応じて屈折率が変化する液体レンズユニット３と同じ光軸上に配置された対物レンズ２との組み合わせを用いた。このため、対物レンズ２で基本的な結像が得られるとともに、液体レンズユニット３により焦点距離を変更可能である。
とくに、液体レンズユニット３を用いることで、焦点距離を可変とするための機械的な手段が必要なく、装置構成を簡素化できる。また、液体レンズユニット３は、焦点距離を高速で周期的に変化させることができ、複数の焦点面に合焦したマルチプレーン画像も容易に得ることができる。
【００４４】
〔他の実施形態〕
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。
前述した実施形態では、予め画面数Ｓｎを指定しておくとともに、検出したコントラストＣＴｉに基づいて候補面Ｐｉに順位ＲＫｉを付与し、この順位ＲＫｉの上位から画面数Ｓｎ分の候補面Ｐｉを自動的に選択するようにした。これに対し、コントラストＣＴｉが計算された複数の候補面Ｐｉを、例えばコントラストＣＴｉ順にソートして画面上にリスト表示し、ユーザが各候補面ＰｉのコントラストＣＴｉを判定していずれか選択してもよい。また、画面数Ｓｎを指定せず、代わりにコントラストＣＴｉの基準値ＣＴｒを指定しておき、コントラストＣＴｉがこの基準値ＣＴｒ以上となる候補面Ｐｉをすべて選択してもよい。
【００４５】
前述した実施形態では、予め候補面間隔ｄＤを指定しておき、候補面Ｐｉを、焦点距離可変レンズ（対物レンズ２および液体レンズユニット３）の焦点可変範囲内の候補面間隔ｄＤごとの各焦点距離Ｄｉに自動的に割り当てるようにした。これに対し、例えば候補面Ｐｉの数Ｐｎを指定し、この数Ｐｎ分の候補面Ｐｉを焦点距離可変レンズの焦点可変範囲内に均等に割り当てるなどとしてもよい。
【００４６】
前述した実施形態では、予め測定対象物９の一部に対象領域９Ｒを指定しておき、候補面Ｐｉの設定ないしコントラストＣＴｉの計算を指定した対象領域９Ｒに対して行うようにした。これに対し、常に測定対象物９の全体に対してコントラストＣＴｉの計算を行ってもよく、対象領域９Ｒを指定する操作を省略することができる。
前述した実施形態では、焦点距離可変レンズとして、入力される駆動信号に応じて屈折率が変化する液体レンズユニット３と同じ光軸上に配置された対物レンズ２との組み合わせを用いた。これに対し、他の形式の焦点距離可変レンズを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は焦点距離可変レンズ制御方法および焦点距離可変レンズ装置に利用できる。
【符号の説明】
【００４８】
１…焦点距離可変レンズ装置、２…対物レンズ、３…液体レンズユニット、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、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…候補面設定部、７１２…焦点距離設定部、７２…画像処理部、７３…操作インターフェイス、９…測定対象物、９Ｒ…対象領域、Ｃｃ…画像検出信号、Ｃｆ…駆動信号、Ｃｉ…発光信号、ＣＴｉ…コントラスト、ＣＴｒ…基準値、ｄＤ…候補面間隔、Ｄｆ，Ｄｉ…焦点距離、Ｉｍ…検出画像、Ｌｇ…画像、Ｌｉ…照明光、Ｌｒ…反射光、Ｍｆ…焦点変動波形、Ｐｆ…焦点位置、Ｐｉ…候補面、ＲＫｉ…順位、Ｓｎ…画面数、Ｖｆ…振動状態、Ｗ…屈折率分布、θｉ…検出位相。
【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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