(57)【要約】【課題】合焦位置を高速に算出してオートフォーカスにかかる時間を短縮することを可能とする情報処理装置、情報処理方法、プログラム、及び画像測定装置を提供すること。【解決手段】本発明の一形態に係る情報処理装置は、取得部と、第１の算出部と、駆動部とを具備する。前記取得部は、撮像装置の焦点位置を手動により移動させながら被写体を撮影することで生成される複数の被写体画像である手動被写体画像群を取得する。前記第１の算出部は、前記取得された手動被写体画像群の各コントラスト情報に基づいて、所定の関数を用いたフィッティングを実行することで、前記被写体に対する前記撮像装置の第１の合焦位置を算出可能である。前記駆動部は、ユーザからのオートフォーカスの指示に基づいて、前記算出された第１の合焦位置に、前記撮像装置の焦点位置を移動させることが可能である。【選択図】図３
2019168520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置の焦点位置を手動により移動させながら被写体を撮影することで生成される複数の被写体画像である手動被写体画像群を取得する取得部と、
前記取得された手動被写体画像群の各コントラスト情報に基づいて、所定の関数を用いたフィッティングを実行することで、前記被写体に対する前記撮像装置の第１の合焦位置を算出可能な第１の算出部と、
ユーザからのオートフォーカスの指示に基づいて、前記算出された第１の合焦位置に、前記撮像装置の焦点位置を移動させることが可能な駆動部と
を具備する情報処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の情報処理装置であって、さらに、
前記算出された前記第１の合焦位置の信頼度を算出する信頼度算出部を具備し、
前記駆動部は、前記算出された前記第１の合焦位置の信頼度が所定の閾値よりも大きい場合に、前記算出された第１の合焦位置に前記撮像装置の焦点位置を移動させる
情報処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の情報処理装置であって、さらに、
前記算出された前記第１の合焦位置の信頼度が所定の閾値よりも小さい場合に、前記被写体に対する前記撮像装置の第２の合焦位置を算出可能な第２の算出部を具備する
情報処理装置。
【請求項４】
請求項２又は３のうちいずれか１項に記載の情報処理装置であって、
前記取得部は、前記手動被写体画像群の各焦点位置情報を取得可能であり、
前記信頼度算出部は、前記取得された焦点位置情報に基づいて、前記第１の合焦位置の信頼度を算出する
情報処理装置。
【請求項５】
請求項２から４のうちいずれか１項に記載の情報処理装置であって、
前記第１の算出部は、前記フィッティングを実行することで、コントラストのピーク値を算出し、前記ピーク値に対応する前記焦点位置を前記第１の合焦位置として算出し、
前記信頼度算出部は、前記コントラストのピーク値に基づいて、前記第１の合焦位置の信頼度を算出する
情報処理装置。
【請求項６】
請求項１から５のうちいずれか１項に記載の情報処理装置であって、
前記駆動部は、ユーザの手動による前記焦点位置を移動させるための操作に応じた前記焦点位置の移動動作を制御可能である
情報処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載の情報処理装置であって、
前記駆動部は、前記焦点位置の移動速度、及び前記焦点位置の移動速度の変化を制御可能である
情報処理装置。
【請求項８】
請求項１から７のうちいずれか１項に記載の情報処理装置であって、さらに、
前記算出された前記第１の合焦位置の信頼度を算出する信頼度算出部と、
前記算出された前記第１の合焦位置の信頼度に関する通知情報を出力可能な通知部と
を具備する情報処理装置。
【請求項９】
請求項８に記載の情報処理装置であって、
前記通知情報は、前記算出された第１の合焦位置の信頼度、及びユーザの手動による前記焦点位置を移動させるための操作の方法に関する情報の少なくとも一方を含む
情報処理装置。
【請求項１０】
請求項１から９のうちいずれか１項に記載の情報処理装置であって、さらに、
前記コントラストのピーク値を算出可能であるか否かを判定する判定部を具備し、
前記第１の算出部は、前記コントラストのピーク値が算出可能であると判定されるごとに、前記第１の合焦位置を算出する
情報処理装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の情報処理装置であって、
前記第１の算出部は、過去に算出された前記第１の合焦位置、及び過去に算出された前記第１の合焦位置の信頼度に基づいて、前記第１の合焦位置を算出し、
前記信頼度算出部は、過去に算出された前記第１の合焦位置の信頼度に基づいて、前記第１の合焦位置の信頼度を算出する
情報処理装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の情報処理装置であって、
前記第１の算出部は、前記過去に算出された前記第１の合焦位置の信頼度に基づいて重み付けを行い、前記第１の合焦位置を算出する
情報処理装置。
【請求項１３】
請求項３に記載の情報処理装置であって、
前記取得部は、前記撮像装置の焦点位置を自動により移動させながら前記被写体を撮影することで生成される複数の被写体画像である自動被写体画像群を取得可能であり、
前記第２の算出部は、前記算出された第１の合焦位置、及び前記取得された自動被写体画像群の各コントラスト情報に基づいて、前記第２の合焦位置を算出する
情報処理装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のうちいずれか１項に記載の情報処理装置であって、さらに、
オートフォーカスに関する通常モード、及び高精度モードを切替え可能に選択する選択部を具備し、
前記駆動部は、前記通常モードが選択されている場合は、ユーザからのオートフォーカスの指示に基づいて、前記算出された第１の合焦位置に前記撮像装置の焦点位置を移動させることが可能であり、前記高精度モードが選択されている場合は、ユーザからのオートフォーカスの指示に基づいて、前記算出された第１の合焦位置を基準とした探索範囲のいずれかの端点に、前記撮像装置の焦点位置を移動させることが可能である
情報処理装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の情報処理装置であって、さらに、
前記高精度モードが選択されている場合に、前記探索範囲内にて、自動により前記焦点位置が移動されながら撮影された前記複数の被写体画像の各コントラスト情報をもとに、前記被写体に対する前記撮像装置の第３の合焦位置を算出可能な第３の算出部を具備する
情報処理装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のうちいずれか１項に記載の情報処理装置であって、さらに、
複数の領域に分割された算出用マップを記憶する記憶部を具備し、
前記第１の算出部は、前記算出用マップの複数の領域に対応して前記被写体画像を分割する複数の分割領域の各コントラスト情報をもとに、前記分割領域ごとの分割合焦位置を算出し、前記分割合焦位置の情報をもとに前記第１の合焦位置を算出する
情報処理装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の情報処理装置であって、
前記撮像装置は、前記被写体が載置される載置面に沿う２次元内の任意の撮影位置で前記被写体を撮影することが可能であり、
前記駆動部は、前記撮影位置を前記２次元内にて移動させることが可能であり、
前記算出用マップは、前記被写体画像の撮影範囲よりも大きい範囲で前記撮影範囲を含む位置に設定され、その設定位置が前記撮影位置の移動に応じて移動される
情報処理装置。
【請求項１８】
撮像装置の焦点位置を手動により移動させながら被写体を撮影することで生成される複数の被写体画像である手動被写体画像群を取得し、
前記取得された手動被写体画像群の各コントラスト情報に基づいて、所定の関数を用いたフィッティングを実行することで、前記被写体に対する前記撮像装置の第１の合焦位置を算出し、
ユーザからのオートフォーカスの指示に基づいて、前記算出された第１の合焦位置に、前記撮像装置の焦点位置を移動させる
ことをコンピュータが実行する情報処理方法。
【請求項１９】
撮像装置の焦点位置を手動により移動させながら被写体を撮影することで生成される複数の被写体画像である手動被写体画像群を取得するステップと、
前記取得された手動被写体画像群の各コントラスト情報に基づいて、所定の関数を用いたフィッティングを実行することで、前記被写体に対する前記撮像装置の第１の合焦位置を算出するステップと、
ユーザからのオートフォーカスの指示に基づいて、前記算出された第１の合焦位置に、前記撮像装置の焦点位置を移動させるステップと
をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項２０】
被写体を撮影することで被写体画像を生成することが可能な撮像部と、
前記撮像装置の焦点位置を手動により移動させながら前記被写体を撮影することで生成される複数の被写体画像である手動被写体画像群を取得する取得部と、
前記取得された手動被写体画像群の各コントラスト情報に基づいて、所定の関数を用いたフィッティングを実行することで、前記被写体に対する前記撮像装置の第１の合焦位置を算出可能な第１の算出部と、
ユーザからのオートフォーカスの指示に基づいて、前記算出された第１の合焦位置に、前記撮像装置の焦点位置を移動させることが可能な駆動部と
を具備する画像測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば測定や観察等のために被写体の画像を撮影する際に利用可能な情報処理装置、情報処理方法、プログラム、及び画像測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被写体を撮影して得られる画像をコンピュータにより処理して、観察や測定等を行うシステムが知られている。例えば顕微鏡により得られた拡大画像を用いた検査や、ＣＮＣ（Computer Numerical Control）による測定等において、そのようなシステムが用いられる。
【０００３】
特許文献１に記載の画像測定装置では、手動により焦点位置が移動されながら撮影された手動被写体画像群像の各コントラスト情報に基づいて、おおよそのフォーカス位置である第１の合焦位置が算出される。算出された第１の合焦位置を基準として探索範囲が設定され、探索範囲内にて自動により焦点位置が移動されながら被写体が撮影される。その撮影された自動被写体画像群の各コントラスト情報に基づいて、最終的なフォーカス位置である第２の合焦位置が算出される。これにより自動で焦点位置を移動させる走査において、無駄な走査の発生を十分に抑えることが可能となり、最終的なフォーカス位置を高速で算出することが可能となる（明細書段落［００６１］［００７２］［００７５］図４、５等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−５５７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように合焦位置を高速に算出して、オートフォーカスにかかる時間を短縮することを可能とする技術が求められている。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、合焦位置を高速に算出してオートフォーカスにかかる時間を短縮することを可能とする情報処理装置、情報処理方法、プログラム、及び画像測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る情報処理装置は、取得部と、第１の算出部と、駆動部とを具備する。
前記取得部は、撮像装置の焦点位置を手動により移動させながら被写体を撮影することで生成される複数の被写体画像である手動被写体画像群を取得する。
前記第１の算出部は、前記取得された手動被写体画像群の各コントラスト情報に基づいて、所定の関数を用いたフィッティングを実行することで、前記被写体に対する前記撮像装置の第１の合焦位置を算出可能である。
前記駆動部は、ユーザからのオートフォーカスの指示に基づいて、前記算出された第１の合焦位置に、前記撮像装置の焦点位置を移動させることが可能である。
【０００８】
この情報処理装置では、手動により焦点位置を移動させながら被写体を撮影した手動被写体画像群の各コントラスト情報に基づいて、例えばモデル関数等を用いたフィッティングが実行される。これにより被写体に対する撮像装置の第１の合焦位置を高速に算出することが可能となる。ユーザからのオードフォーカスの指示に対しては、算出された第１の合焦位置に焦点位置を移動させればよいので、オートフォーカスにかかる時間を短縮することが可能となる。
【０００９】
前記情報処理装置は、さらに、前記算出された前記第１の合焦位置の信頼度を算出する信頼度算出部を具備してもよい。この場合、前記駆動部は、前記算出された前記第１の合焦位置の信頼度が所定の閾値よりも大きい場合に、前記算出された第１の合焦位置に前記撮像装置の焦点位置を移動させてもよい。
【００１０】
前記情報処理装置は、さらに、前記算出された前記第１の合焦位置の信頼度が所定の閾値よりも小さい場合に、前記被写体に対する前記撮像装置の第２の合焦位置を算出可能な第２の算出部を具備してもよい。
【００１１】
前記取得部は、前記手動被写体画像群の各焦点位置情報を取得可能であってもよい。この場合、前記信頼度算出部は、前記取得された焦点位置情報に基づいて、前記第１の合焦位置の信頼度を算出してもよい。
【００１２】
前記第１の算出部は、前記フィッティングを実行することで、コントラストのピーク値を算出し、前記ピーク値に対応する前記焦点位置を前記第１の合焦位置として算出してもよい。この場合、前記信頼度算出部は、前記コントラストのピーク値に基づいて、前記第１の合焦位置の信頼度を算出してもよい。
【００１３】
前記駆動部は、ユーザの手動による前記焦点位置を移動させるための操作に応じた前記焦点位置の移動動作を制御可能であってもよい。
【００１４】
前記駆動部は、前記焦点位置の移動速度、及び前記焦点位置の移動速度の変化を制御可能であってもよい。
【００１５】
前記情報処理装置は、さらに、前記算出された前記第１の合焦位置の信頼度に関する通知情報を出力可能な通知部を具備してもよい。
【００１６】
前記通知情報は、前記算出された第１の合焦位置の信頼度、及びユーザの手動による前記焦点位置を移動させるための操作の方法に関する情報の少なくとも一方を含んでもよい。
【００１７】
前記情報処理装置は、さらに、前記コントラストのピーク値を算出可能であるか否かを判定する判定部を具備してもよい。この場合、前記第１の算出部は、前記コントラストのピーク値が算出可能であると判定されるごとに、前記第１の合焦位置を算出してもよい。
【００１８】
前記第１の算出部は、過去に算出された前記第１の合焦位置、及び過去に算出された前記第１の合焦位置の信頼度に基づいて、前記第１の合焦位置を算出してもよい。この場合、前記信頼度算出部は、過去に算出された前記第１の合焦位置の信頼度に基づいて、前記第１の合焦位置の信頼度を算出してもよい。
【００１９】
前記第１の算出部は、前記過去に算出された前記第１の合焦位置の信頼度に基づいて重み付けを行い、前記第１の合焦位置を算出してもよい。
【００２０】
前記取得部は、前記撮像装置の焦点位置を自動により移動させながら前記被写体を撮影することで生成される複数の被写体画像である自動被写体画像群を取得可能であってもよい。この場合、前記第２の算出部は、前記算出された第１の合焦位置、及び前記取得された自動被写体画像群の各コントラスト情報に基づいて、前記第２の合焦位置を算出してもよい。
【００２１】
前記情報処理装置は、さらに、オートフォーカスに関する通常モード、及び高精度モードを切替え可能に選択する選択部を具備してもよい。この場合、前記駆動部は、前記通常モードが選択されている場合は、ユーザからのオートフォーカスの指示に基づいて、前記算出された第１の合焦位置に前記撮像装置の焦点位置を移動させることが可能であり、前記高精度モードが選択されている場合は、ユーザからのオートフォーカスの指示に基づいて、前記算出された第１の合焦位置を基準とした探索範囲のいずれかの端点に、前記撮像装置の焦点位置を移動させることが可能であってもよい。
【００２２】
前記情報処理装置は、さらに、前記高精度モードが選択されている場合に、前記探索範囲内にて、自動により前記焦点位置が移動されながら撮影された前記複数の被写体画像の各コントラスト情報をもとに、前記被写体に対する前記撮像装置の第３の合焦位置を算出可能な第３の算出部を具備してもよい。
【００２３】
前記判定部は、前記第１の合焦位置の算出から所定の時間が経過するまでに、前記オートフォーカスの指示が入力されない場合に、前記第１の合焦位置を無効と判定してもよい。
【００２４】
前記情報処理装置は、さらに、複数の領域に分割された算出用マップを記憶する記憶部を具備してもよい。前記第１の算出部は、前記算出用マップの複数の領域に対応して前記被写体画像を分割する複数の分割領域の各コントラスト情報をもとに、前記分割領域ごとの分割合焦位置を算出し、前記分割合焦位置の情報をもとに前記第１の合焦位置を算出してもよい。
【００２５】
前記第１の算出部は、前記複数の分割領域のうち、前記第１の合焦位置の算出の基準となる前記被写体画像内の基準領域と重なり合う前記分割領域を算出対象領域として、前記算出対象領域ごとの前記分割合焦位置の情報をもとに前記第１の合焦位置を算出してもよい。
【００２６】
前記第１の算出部は、前記算出対象領域の前記基準領域に重なる範囲の大きさと、前記算出対象領域のコントラスト情報とをもとに重み付けを行い、前記第１の合焦位置を算出してもよい。
【００２７】
前記駆動部は、前記焦点位置を前記探索範囲のいずれかの端点まで第１の速度で移動させ、前記探索範囲内にて前記第１の速度よりも小さい第２の速度で前記焦点位置を移動させてもよい。
【００２８】
前記撮像装置は、前記被写体が載置される載置面に沿う２次元内の任意の撮影位置で前記被写体を撮影することが可能であってもよい。この場合、前記駆動部は、前記撮影位置を前記２次元内にて移動させることが可能であってもよい。また前記算出用マップは、前記被写体画像の撮影範囲よりも大きい範囲で前記撮影範囲を含む位置に設定され、その設定位置が前記撮影位置の移動に応じて移動されてもよい。
【００２９】
前記記憶部は、前記算出用マップの領域ごとに、当該領域に対応する前記被写体画像の分割領域のコントラスト情報及び分割合焦位置の情報を記憶してもよい。この場合、前記第１の算出部は、前記撮影位置が移動された場合に、移動前に記憶された前記算出用マップの領域ごとの前記コントラスト情報及び前記分割合焦位置情報を参照して、移動後の前記被写体画像の分割領域の前記分割合焦位置を算出してもよい。
【００３０】
前記取得部は、対物レンズを含む光学系により結像された前記被写体の像が撮影されることで得られた前記複数の被写体画像を取得してもよい。この場合、前記記憶部は、前記光学系に使用される前記対物レンズ毎に、前記第１の合焦位置の算出に用いられる前記算出用マップを記憶してもよい。
【００３１】
本発明の一形態に係る情報処理方法は、コンピュータにより実行される情報処理方法であって、撮像装置の焦点位置を手動により移動させながら被写体を撮影することで生成される複数の被写体画像である手動被写体画像群を取得することを含む。
前記取得された手動被写体画像群の各コントラスト情報に基づいて、所定の関数を用いたフィッティングを実行することで、前記被写体に対する前記撮像装置の第１の合焦位置が算出される。
ユーザからのオートフォーカスの指示に基づいて、前記算出された第１の合焦位置に、前記撮像装置の焦点位置が移動される。
【００３２】
本発明の一形態に係るプログラムは、コンピュータに以下のステップを実行させる。
撮像装置の焦点位置を手動により移動させながら被写体を撮影することで生成される複数の被写体画像である手動被写体画像群を取得するステップ。
前記取得された手動被写体画像群の各コントラスト情報に基づいて、所定の関数を用いたフィッティングを実行することで、前記被写体に対する前記撮像装置の第１の合焦位置を算出するステップ。
ユーザからのオートフォーカスの指示に基づいて、前記算出された第１の合焦位置に、前記撮像装置の焦点位置を移動させるステップ。
【００３３】
本発明の一形態に係る画像測定装置は、撮像部と、前記取得部と、前記第１の算出部と、前記駆動部とを具備する。
前記撮像部は、被写体を撮影することで被写体画像を生成することが可能である。
【発明の効果】
【００３４】
以上のように、本発明によれば、合焦位置を高速に算出してオートフォーカスにかかる時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像測定装置の構成例を示す模式的な図である。
【図２】図１に示すＰＣ本体の構成例を示す模式的なブロック図である。
【図３】フォーカス位置の算出例を示すフローチャートである（予測ＡＦ）。
【図４】フォーカス位置の算出例を示すフローチャートである（高速モードＡＦ）。
【図５】フォーカス位置の算出例を示すフローチャートである（高精度モードＡＦ）。
【図６】手動によるカメラの位置の調整について説明するための図である。
【図７】１ｓｔサーチ範囲の設定について説明するための図である。
【図８】手動によるカメラの位置の調整について説明するための図である。
【図９】高速モードＡＦにおけるカメラの移動動作を説明するための図である。
【図１０】高速モードＡＦにおけるカメラの移動動作を説明するための図である。
【図１１】高精度モードＡＦにおけるカメラの移動動作を説明するための図である。
【図１２】第１の合焦位置の有効性の判定方法の一例を説明するための図である。
【図１３】手動被写体画像群の各コントラスト情報をもとにした、第１の合焦位置の算出の概要を説明するための写真及び図である。
【図１４】手動被写体画像群の各コントラスト情報をもとにした、第１の合焦位置の算出の概要を説明するための写真及び図である。
【図１５】複数の分割領域の設定を説明するための図である。
【図１６】分割領域情報の更新の一例を示すフローチャートである。
【図１７】コントラストマップの移動を説明するための図である。
【図１８】コントラストマップの移動を説明するための図である。
【図１９】コントラストマップの移動を説明するための図である。
【図２０】分割領域情報を用いた第１の合焦位置及びその信頼度の算出例を説明するための図である。
【図２１】比較例として挙げる従来のＡＦを説明するための図である。
【図２２】比較例として挙げる従来のＡＦを説明するための図である。
【図２３】比較例として挙げる従来のＡＦの処理時間を示すグラフである。
【図２４】１ｓｔサーチが実行される場合の処理時間を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
［画像測定装置の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る画像測定装置の構成例を示す模式的な図である。画像測定装置３００は、非接触型の画像測定機１００と、この画像測定機１００を駆動制御すると共に必要なデータ処理を実行するＰＣ（Personal Computer）２００とを有する。ＰＣ２００は、本実施形態に係る情報処理装置として機能する。なお本実施形態に係る情報処理装置として、ＰＣ以外のコンピュータが用いられてもよい。
【００３８】
画像測定機１００は、試料移動手段である架台１１１と、架台１１１上に載置されるステージ１１２と、ステージ１１２の上方に配置される撮像ユニット１１４とを有する。
【００３９】
架台１１１はベース部１１５を有し、ベース部１１５は、第１の方向（Ｘ軸方向）を短手方向とし、第１の方向に直交する第２の方向（Ｙ軸方向）を長手方向とする主面１１６を有する。ベース部１１５の２つの長辺部には、上方（Ｚ軸方向）に延在する２つの支柱部１１３ａ及び１１３ｂが設置される。２つの支柱部１１３ａ及び１１３ｂの間には、Ｘ軸方向に延在するガイド部１１３ｃが設置される。
【００４０】
ステージ１１２は、被測定対象となるワーク３が載置される載置面１１７を有し、この載置面１１７が水平方向と平行となるように架台１１１の主面１１６上に載置される。架台１１１の主面１１６には、ステージ１１２をＹ軸方向に移動させる図示しないＹ軸駆動機構が備えられている。ＰＣ２００によりＹ軸駆動機構が制御されることで、ステージ１１２がＹ軸方向に沿って移動される。Ｙ軸駆動機構の構成は限定されず、適宜設計されてよい。
【００４１】
撮像ユニット１１４は、２本の支柱部１１３ａ及び１１３ｂの間に設置されたガイド部１１３ｃに取り付けられる。ガイド部１１３ｃには、図示しないＸ軸駆動機構が備えられている。ＰＣ２００によりＸ軸駆動機構が制御されることで、撮像ユニット１１４がＸ軸方向に沿って移動される。Ｘ軸駆動機構の構成は限定されず、適宜設計されてよい。
【００４２】
撮像ユニット１１４には、撮像装置（撮像部）として機能するカメラ１１８が、ステージ１１２と対向するように装着される。カメラ１１８としては、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Devices）センサ等を有するものが用いられる。その他のカメラが用いられてもよい。
【００４３】
カメラ１１８は、ワーク３を被写体として撮影することで、その被写体画像を生成することが可能である。カメラ１１８は、光軸方向であるＺ軸方向（合焦軸方向）に移動可能に設けられており、所定の範囲内の任意の焦点位置でワーク３の被写体画像を撮影することが可能である。撮像ユニット１１４には、カメラ１１８をＺ軸方向に移動させる図示しないＺ軸駆動機構が備えられている。ＰＣ２００によりＺ軸駆動機構が制御されることで、カメラ１１８がＺ軸方向に沿って移動される。これによりカメラ１１８の焦点位置が移動される。
【００４４】
Ｚ軸方向へカメラ１１８を移動させて焦点位置を移動させることは、例えばマウスやジョイスティックボックス等を介したユーザの操作に基づいて実行される。またＰＣ２００の制御により自動的にカメラ１１８を移動させることで、焦点位置を移動させることも可能である。ユーザの操作に基づいた焦点位置の移動は、手動による焦点位置の移動に相当する。ＰＣ２００の制御による焦点位置の移動は、自動による焦点位置の移動に相当する。
【００４５】
画像測定機１００の種類は限定されない。ワーク３を撮影することで生成される被写体画像を用いて測定や観察等を実行するものであり、手動及び自動により焦点位置を移動可能な機器であれば、どのような機器が用いられてよい。例えばＣＮＣ画像測定機、ＣＮＣ三次元測定機等の画像プローブ、硬さ試験機等が挙げられる。また光学顕微鏡で得られた拡大像をデジタルカメラにより撮影するデジタル顕微鏡においても本発明は適用可能である。この場合、対物レンズを含む結像光学系により被写体の拡大像が生成される。当該結像光学系は、撮像装置（撮像部）に含まれるものとし、典型的には、対物レンズをＺ軸方向へ移動させることで、焦点位置が移動される。
【００４６】
図１に示す例では、撮像ユニット１１４がＸ軸方向に駆動され、ステージ１１２がＹ軸方向に駆動される。これによりカメラ１１８の撮影位置をステージ１１２の載置面１１７に対して、ＸＹ平面方向で相対的に移動させることが可能となる。すなわち本画像測定機１００では、カメラ１１８により、ワーク３が載置される載置面１１７に沿う２次元内の任意の撮影位置で、ワーク３を撮影することが可能である。ここで撮影位置とは、カメラ１１８により撮影される撮影範囲の位置であり、撮影範囲に含まれる領域の画像が、被写体画像として撮影される。
【００４７】
カメラ１１８の撮影位置をＸＹ平面方向で移動させるための構成は限定されない。例えばステージ１１２がＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ駆動可能であってもよい。また撮像ユニット１１４がＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ駆動可能であってもよい。あるいはステージ１１２及び撮像ユニット１１４がともにＸＹ平面方向に駆動可能であり、相対的な位置関係が適宜制御されてもよい。
【００４８】
ＰＣ２００は、ＰＣ本体２２１と、キーボード２２２と、ジョイスティックボックス（以下、Ｊ／Ｓと記載する）２２３と、マウス２２４と、ディスプレイ２２５と、プリンタ２２６とを有する。キーボード２２２、Ｊ／Ｓ２２３、及びマウス２２４は、ユーザの指示が入力される操作入力部として機能する。ディスプレイ２２５は、表示部として機能し、例えば液晶、ＥＬ（Electro-Luminescence）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等を用いた表示デバイスである。プリンタ２２６は、例えば測定結果等をプリントアウトすることが可能である。
【００４９】
図２は、ＰＣ本体２２１の構成例を示す模式的なブロック図である。ＰＣ本体２２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２３５、ＲＯＭ（Read Only Member）２３６、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３７、画像メモリ２３８、表示制御部２３９を有する。またＰＣ本体２２１は、画像測定機１００やキーボード２２２、又はＨＤＤ（Hard Disk Drive）２４０等と接続される各種のＩ／Ｆ（インタフェース）２４１−２４５を有する。
【００５０】
カメラ１１８から転送され入力される撮影されたワーク３の被写体画像の情報は、Ｉ／Ｆ２４１を介して多値画像として画像メモリ２３８に格納される。画像情報は、例えば汎用のデジタルシリアル通信線としてのＵＳＢケーブル及びＵＳＢポートを介して転送される。
【００５１】
ＣＡＤ（Computer Aided Design）データによるオフラインティーチングが実行される場合は、図示しないＣＡＤシステムにより作成されるワーク３のＣＡＤデータが、Ｉ／Ｆ２４２を介してＣＰＵ２３５に入力される。ＣＰＵ２３５に入力されたＣＡＤデータは、例えばＣＰＵ２３５にてビットマップ等の画像情報に展開された後、画像メモリ２３８に格納される。この画像メモリ２３８に格納された画像情報は、表示制御部２３９を介してディスプレイ２２５に表示される。
【００５２】
キーボード２２２、Ｊ／Ｓ２２３及びマウス２２４から入力されるコード情報や位置情報等は、Ｉ／Ｆ２４４を介してＣＰＵ２３５に入力される。ＣＰＵ２３５は、ＲＯＭ２３６に格納されたマクロプログラム、及びＨＤＤ２４０からＩ／Ｆ２４５を介してＲＡＭ２３７に格納された各種プログラムに従って、測定実行処理や測定結果の表示処理等を実行する。各種プログラムには、例えば測定実行プログラムや測定結果表示プログラム等、及び本発明に係る情報処理方法を実行するためのプログラムが含まれる。
【００５３】
ＣＰＵ２３５は、上記の測定実行処理に従って、Ｉ／Ｆ２４３を介して画像測定機１００を駆動制御することが可能である。例えば、ユーザの操作によりＪ／Ｓ２２３やマウス２２４から入力された入力情報に基づき、画像測定機１００のＸ，Ｙ軸駆動機構が制御されて、ステージ１１２や撮像ユニット１１４がＸ、Ｙ軸方向に相対的に移動される。
【００５４】
ステージ１１２や撮像ユニット１１４が移動した位置において、手動又は自動によりＺ軸駆動機構が制御されてカメラ１１８がＺ軸方向に沿って移動される。そして焦点が合ったフォーカス位置に焦点位置が合わせられる。フォーカス位置によりワーク３が撮影されることで、新たな撮影範囲内のワーク３の被写体画像がディスプレイ２２５に表示される。このフォーカス位置の算出については、後に詳しく説明する。
【００５５】
なお、ＨＤＤ２４０は、上記各種プログラムやデータ等を格納する記録媒体であり、ＲＡＭ２３７は、各種プログラムを格納する他、各種処理におけるＣＰＵ２３５のワーク領域を提供する。ＨＤＤ２４０、ＲＯＭ２３６、ＲＡＭ２３７等は、本実施形態おいて記憶部に相当する。なおプログラムは、インターネット等のネットワークを介して、ＰＣ２００にインストールされてもよい。
【００５６】
またＰＣ２００は、例えばカメラ１１８に対してフレームレートを指定する信号や図示しない照明装置の光量を指定する信号等を送信することが可能である。カメラ１１８は、照明装置から光を照射されたワーク３をＰＣ２００により指定されたフレームレートで撮影し、撮影した画像情報を上述したようにＵＳＢケーブル等を介してバルク転送によりＰＣ２００に転送する。なお照明装置としては、種々の照明が使用可能であり、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御のＬＥＤ（Light Emitting Diode）等が用いられる。
【００５７】
カメラ１１８による被写体画像の撮影に応じて、画像測定機１００が有する図示しない位置制御部等により、カメラ１１８の位置情報がＰＣ２００に送信される。例えばカメラ１１８の撮影動作に同期して、Ｚ軸駆動機構に設けられたリニアスケール等からＺ座標値が読み出される。読み出されたＺ座標値が、被写体画像を撮影したカメラ１１８の位置情報として送信される。
【００５８】
具体例として、例えばカメラ１１８は、被写体画像の露光中にＺ座標値のラッチ信号（例えばストローブ信号等でもよい）を出力する。出力されたラッチ信号に基づいて、位置制御部等によりＺ座標値がラッチされる。ＰＣ２００により、ラッチされたＺ座標値が取得される。もちろんこのような処理に限定される訳ではない。
【００５９】
本実施形態では、カメラ１１８の位置１２１が移動されることで、焦点位置が移動される。しかしながら焦点位置の移動はこれに限定されない。例えばカメラ１１８に設けられたレンズ等の光学系を調整することで、焦点位置が移動されてもよい。画像測定機１００としてデジタル顕微鏡が用いられる場合には、光学顕微鏡の光学系が調整（対物レンズの移動等）されることで、焦点位置が移動されてもよい。すなわち被写体画像の焦点位置を移動させる方法及びそのための構成は限定されない。
【００６０】
図２に模式的に示すように、本実施形態では、所定のプログラムに従って動作するＣＰＵ２３５により、取得部２５０、合焦位置算出部２５１、信頼度算出部２５２、駆動部２５３、ピーク判定部２５４、通知部２５５、及びモード選択部２５６が実現される。
【００６１】
取得部２５０は、カメラ１１８により生成される被写体画像を取得する。本実施形態では、カメラ１１８の位置（焦点位置）を手動により移動させながらワーク３を撮影することで生成される複数の被写体画像である手動被写体画像群が取得される。またカメラ１１８の位置（焦点位置）を自動により移動させながらワーク３を撮影することで生成される複数の被写体画像である自動被写体画像群が取得される。
【００６２】
また取得部２５０は、取得した被写体画像が撮影される際のカメラ１１８の位置情報を取得することが可能である。カメラ１１８の位置情報は、取得した被写体画像が撮影される際の、カメラ１１８の焦点位置情報に相当する。本開示では、被写体画像が撮影される際のカメラ１１８の位置情報（焦点位置情報）のことを、被写体画像の位置情報（焦点位置情報）として説明を行う場合がある。
【００６３】
合焦位置算出部２５１は、第１〜第３の算出部として機能し、第１〜第３の合焦位置を算出することが可能である。第１〜第３の合焦位置の算出は、過去に算出された第１〜第３の合焦位置を更新して、現在の第１〜第３の合焦位置として算出することを含む。
【００６４】
信頼度算出部２５２は、第１の合焦位置の信頼度を算出することが可能である。信頼度の算出は、過去に算出された信頼度を更新して、現在の信頼度として算出することを含む。
【００６５】
駆動部２５３は、カメラ１１８の位置（焦点位置）を移動させることが可能である。駆動部２５３は、Ｊ／Ｓ２２３等を介した、ユーザの手動によるカメラ１１８の位置（焦点位置）を移動させるための操作に応じて、カメラ１１８の位置（焦点位置）を移動させる。また駆動部２５３は、ＰＣ２００から出力される、自動によりカメラ１１８の位置（焦点位置）を移動させるための制御に基づいて、カメラ１１８の位置（焦点位置）を移動させる。
【００６６】
ピーク判定部２５４は、判定部として機能し、コントラストのピーク値が算出可能であるか否かを判定することが可能である。すなわちピーク判定部２５４は、取得された被写体画像及びその被写体画像の位置情報に基づいて、コントラストのピーク値を算出可能な条件を満たしているか否かを監視する。これによりピーク値が算出可能な状態であるか否かを判定することが可能である。
【００６７】
通知部２５５は、本実施形態に係る画像測定装置３００の動作に関する任意の通知情報を出力することが可能である。例えば通知部２５５により、信頼度算出部２５２により算出された第１の合焦位置の信頼度に関する通知情報等が出力される。通知情報の出力方法は限定されず、例えば所定のＧＵＩの表示、音声出力、ランプの点滅等、任意の方法が用いられてよい。
【００６８】
モード選択部２５６は、選択部として機能し、オートフォーカス（Auto Focus：以下ＡＦと記載する）に関する高速モード及び高精度モードを切替可能に選択する。
【００６９】
これらの各ブロックにより、以下に示す本実施形態に係る情報処理方法が実行される。すなわちＰＣ２００による情報処理は、ＨＤＤ２４０等に記憶されたソフトウェアと、ＰＣ２００のハードウェア資源との協働により実現される。なお取得部２５０等の各ブロックを実現するために専用のハードウェアが用いられてもよい。
【００７０】
［画像測定装置の動作］
本実施形態に係る画像測定装置３００の動作として、フォーカス位置の算出について説明する。図３〜図５は、フォーカス位置の算出例を示すフローチャートである。図６〜図１２は、図３〜図５に示す各ステップを説明するための図である。
【００７１】
以下の説明では、Ｚ軸方向におけるカメラ１１８の移動が、焦点位置の移動に相当する。またカメラ１１８の移動範囲が、焦点位置の移動範囲に相当する。
【００７２】
図３は、カメラ１１８により撮影された被写体画像がディスプレイ２２５に表示されるライブ表示が開始される際の処理例であり、ＡＦの指示が入力される前の処理例である。
【００７３】
ユーザはＡＦを開始するために、まずフォーカス位置の近くまで、手動によりカメラ１１８の位置１２１を移動させる。ユーザは、カメラ１１８により撮影された被写体画像をディスプレイ２２５で確認しながら、フォーカス位置に向かってカメラ１１８を移動させる。例えば手動によりカメラ１１８を動かす操作を促すＧＵＩやアナウンス等が、通知部２５５により出力されてもよい。
【００７４】
例えば図６に示すように、Ｚ軸方向の所定の位置にフォーカス位置Z_focusがあるとする。そしてユーザが、フォーカス位置Z_focusよりも上方の位置Ａから下方に向けてカメラ１１８を移動させるとする。ユーザは、位置Ａからフォーカス位置Z_focusを通り過ぎた位置Ｂまでカメラ１１８を移動させる。
【００７５】
この際に、ディスプレイ２２５に表示される被写体画像は、ぼやけた状態から鮮明な状態となり、再度ぼやけた状態となる。すなわち被写体画像のコントラストが低い状態から高い状態となり、再度低い状態となる。これによりユーザは、フォーカス位置Z_focusを通りすぎたこと、及びフォーカス位置Z_focusのおおよその位置を把握することが可能となる。
【００７６】
ユーザは、位置Ｂからフォーカス位置Z_focusに向けて上方に再びカメラ１１８を移動させる。そしてフォーカス位置Z_focusを通り過ぎた位置Ｃにカメラ１１８を移動させる。このようにしてフォーカス位置Z_focusの近くまで、カメラ１１８の位置１２１が手動で設定され、ＡＦの指示が入力される。
【００７７】
なお図３に示すように、カメラ１１８は、所定の範囲としての移動可能範囲１２０内にて、移動可能に構成されている。また本実施形態では、カメラ１１８の位置１２１を基準として、１ｓｔサーチ範囲１２２及び２ｎｄサーチ範囲１２３が設定されている。１ｓｔサーチ範囲１２２及び２ｎｄサーチ範囲１２３は、後述する１ｓｔサーチ及び２ｎｄサーチの実行時に、自動によりフォーカス位置をサーチすることが可能な範囲である。
【００７８】
１ｓｔサーチ範囲１２２及び２ｎｄサーチ範囲１２３は、カメラ１１８の位置１２１を基準として上方及び下方に所定の大きさで設定される。すなわちＺ軸方向の上向きをプラスとして、±Ｌｍｍの範囲が１ｓｔサーチ範囲１２２として設定され、±Ｌ'ｍｍの範囲が２ｎｄサーチ範囲１２３として設定される。
【００７９】
１ｓｔサーチ範囲１２２の大きさ（Ｌｍｍの大きさ）の方が、２ｎｄサーチ範囲１２３の大きさ（Ｌ'ｍｍの大きさ）よりも大きく設定される。１ｓｔサーチ範囲１２２及び２ｎｄサーチ範囲１２３の大きさは限定されず、例えば焦点深度等をもとに適宜設定されてよい。Ｚ軸方向においてカメラ１１８が移動すると、それにともなって１ｓｔサーチ範囲１２２及び２ｎｄサーチ範囲１２３も移動する。
【００８０】
本実施形態では、この手動によるカメラ１１８の位置１２１の調整が行われている際に、図３に示す予測ＡＦが実行される。なお手動による調整時に撮影された複数の被写体画像２６０は、手動被写体画像群２６５に含まれる画像となる。図６〜図８に示す例では、Image0〜Image8までの被写体画像２６０が、手動被写体画像群２６５に含まれる画像となる。
【００８１】
図３に示すように、カメラ１１８による撮影が開始される。所定のフレームレートでワーク３が撮影されることで、複数の被写体画像２６０が生成される（ステップ１０１）。図６に示す例では、まず位置ＡにてImage0の被写体画像２６０が撮影される。
【００８２】
取得部２５０により、位置Ａにて撮影されたImage0の被写体画像２６０が取得される。また取得部２５０により、Image0の被写体画像２６０の位置情報Z0が取得される。すなわちImage0の被写体画像２６０が撮影された際の、カメラ１１８の位置情報Z0が取得される（ステップ１０２）。
【００８３】
取得されたImage0の被写体画像２６０は、記憶部に構成されるメインメモリに格納される。Image0の被写体画像２６０の位置情報Z0は、記憶部に構成される履歴バッファに格納される（ステップ１０３）。
【００８４】
合焦位置算出部２５１により、取得されたImage0の被写体画像２６０のコントラスト値が算出され、履歴バッファへ格納される（ステップ１０４）。
【００８５】
コントラスト値は、被写体画像２６０のコントラスト情報をもとに算出されるコントラストの評価値である。コントラスト値は、被写体画像２６０の各画素の輝度値をもとに算出されるが、その算出方法は限定されない。
【００８６】
例えば隣接する画素の輝度値の差の総和によりコントラスト値が算出されてもよい。あるいは、輝度値の絶対値の総和や、被写体画像２６０の周波数成分をもとにコントラスト値が算出されてもよい。その他、任意の方法でコントラスト値は算出されてもよい。なお全ての画素の輝度値の情報が用いられず、間引いたデータが用いられてもよい。
【００８７】
ピーク判定部２５４により、移動可能範囲１２０内におけるコントラストのピーク値が算出可能であるか否かが判定される（ステップ１０５）。
【００８８】
本実施形態では、履歴バッファに格納された各被写体画像２６０のコントラスト値の最大値である最大コントラスト値と、その被写体画像２６０の位置情報とが読み出される。また履歴バッファから位置情報が最下端となる被写体画像２６０のコントラスト値である最下端コントラスト値、及び位置情報が最上端となる被写体画像２６０のコントラスト値である最上端コントラスト値が読み出される。
【００８９】
これら読み出された最大コントラスト値、最下端コントラスト値、及び最上端コントラスト値と、図６に示す所定の閾値としてのロックオン閾値１３４とに基づいて、コントラストのピーク値が算出可能であるか否かが判定される。
【００９０】
具体的には、最大コントラスト値がロックオン閾値１３４よりも大きく、最下端コントラスト値及び最上端コントラスト値の両方が、ロックオン閾値１３４よりも小さい場合に、コントラストのピーク値が算出可能であると判定される。
【００９１】
ピーク値算出の判定方法は限定されず、他の方法が用いられてもよい。例えばロックオン閾値よりもコントラスト値が小さい２つの被写体画像２６０が存在する。そして、その２つの被写体画像２６０の間の位置にて撮影されたコントラスト値がロックオン閾値よりも大きい被写体画像２６０が存在する。この場合に、コントラストのピーク値が算出可能であると判定されてもよい。ロックオン閾値の具体的な値は限定されず、任意に設定されてよい。
【００９２】
図６に示す例では、まだ位置ＡにてImage0の被写体画像２６０が撮影された状態であるので、ステップ１０５はＮｏとなる。従って、ステップ１０２に戻り、Image1の被写体画像２６０、及びImage1の被写体画像２６０の位置情報Z1が取得される。
【００９３】
ステップ１０２からステップ１０５までのループが繰り返され、位置Ｂにて撮影されたImage5の被写体画像２６０、及びその位置情報Z5が取得される。そうすると、コントラストのピーク値が算出可能であると判定され（ステップ１０５のＹｅｓ）、ステップ１０６に進む。
【００９４】
ステップ１０６では、第１の算出部として機能する合焦位置算出部２５１により、手動被写体画像群２６５の各コントラスト情報に基づいて、所定の関数を用いたフィッティングを実行される。そしてワーク３に対するカメラ１１８の第１の合焦位置１２５が算出される（フォーカス・ロックオン）。
【００９５】
図６に示すように、本実施形態では、モデル関数へのフィッティングにより、移動可能範囲１２０内の焦点位置とコントラスト値との関係を表す関数が算出される。そしてその関数のピーク値がコントラストのピーク値として算出され、コントラストのピーク値に対応するカメラ１１８の位置（焦点位置）が第１の合焦位置１２５として算出される。モデル関数へのフィッティングとしては、例えば最小二乗法を用いたガウス関数のフィッティング等が挙げられるが、それに限定されない。
【００９６】
モデル関数へのフィッティングを実行することで、第１の合焦位置１２５を、焦点の合ったフォーカス位置Z_focusとして精度よく算出することが可能となる。
【００９７】
図７に示すように、第１の合焦位置１２５が算出され、フォーカス・ロックオン状態となると、第１の合焦位置１２５を基準とした探索範囲として、１ｓｔ予測サーチ範囲１２７が設定される。１ｓｔ予測サーチ範囲１２７は、１ｓｔサーチ範囲１２２よりも小さい範囲で、第１の合焦位置１２５を中心として上方及び下方に所定の大きさで設定される。すなわちＺ軸方向の上向きをプラスとして、±Ｎｍｍの範囲が、１ｓｔ予測サーチ範囲１２７として設定される。
【００９８】
１ｓｔ予測サーチ範囲１２７の大きさ（Ｎｍｍの大きさ）は、焦点深度等をもとに適宜設定されてよい。例えば焦点深度が狭い光学系の場合、１ｓｔ予測サーチ範囲１２７は小さく設定される。焦点深度が広い光学系の場合、１ｓｔ予測サーチ範囲１２７は大きく設定される。
【００９９】
信頼度算出部２５２により、第１の合焦位置１２５の信頼度が算出される（ステップ１０７）。本実施形態では、ステップ１０２からステップ１０５までのループが繰り返されることで取得された手動被写体画像群２６５の位置情報（位置情報Z0〜Z5）及びステップ１０６にて算出されたコントラストのピーク値に基づいて、第１の合焦位置１２５の信頼度が算出される。
【０１００】
図６を例として、手動被写体画像群２６５の位置情報Z0〜Z5に基づいて、被写体画像２６０が撮影された際のカメラ１１８の各位置の間隔ΔZ1〜ΔZ5が算出される。このカメラ１１８の各位置の間隔ΔZ1〜ΔZ5に基づいて、手動被写体画像群２６５が撮影される際のカメラ１１８の移動速度（例えば平均移動速度等）が算出される。
【０１０１】
カメラ１１８の移動速度が平均移動速度に近いほど、第１の合焦位置１２５の信頼度が高いと判定される。すなわち速度のばらつきが小さいほど信頼度が高いと判定され、速度のばらつきが大きいほど信頼度が低いと判定される。またカメラ１１８の平均移動速度が速くなるほど第１の合焦位置１２５の信頼度が低いと判定される。なお平均移動速度が所定の移動速度より遅い場合は、さらに正確なコントラストカーブが取得可能であるため信頼度を高くすることが可能である。
【０１０２】
また、カメラ１１８の各位置の間隔ΔZ1〜ΔZ5がほぼ一定である場合には、手動被写体画像群２６５が撮影される際のカメラ１１８の移動速度は一定に保たれていると判定され、第１の合焦位置１２５の信頼度が高いと判定される。各位置の間隔ΔZ1〜ΔZ5にばらつきがある場合には、カメラ１１８の移動速度が安定しておらず、第１の合焦位置１２５の信頼度が低いと判定される。各位置の間隔ΔZ1〜ΔZ5にばらつきは、例えば標準偏差等を用いることで評価することが可能である。
【０１０３】
またステップ１０６にて算出されるコントラストのピーク値が大きいほど、第１の合焦位置１２５の信頼度は高いと判定される。コントラストのピーク値が小さいほど、第１の合焦位置１２５の信頼度は低いと判定される。
【０１０４】
このように本実施形態では、手動被写体画像群２６５が撮影される際のカメラ１１８の移動速度、速度の一定性（変化量）、及びコントラストのピーク値に基づいて、第１の合焦位置１２５の信頼度が算出される。第１の合焦位置１２５の信頼度は、重み係数として算出される。信頼度が高いほど重み係数は大きくなり、信頼度が低いほど重み係数小さくなる。算出される信頼度（重み係数）が、例えば０〜１等の所定の範囲に含まれるように、正規化されてもよい。
【０１０５】
第１の合焦位置１２５の信頼度を算出するための具体的な方法やアルゴリズムは限定されない。例えば上記したカメラ１１８の移動速度、速度の一定性（変化量）、及びコントラストのピーク値のいずれか１つ、あるいは任意の組み合わせに基づいて、信頼度が算出されてもよい。あるいは、他のパラメータが用いられてもよい。例えばモデル関数のフィッティングに用いられるコントラスト値の数等が、信頼度判定に用いられてもよい。
【０１０６】
合焦位置算出部２５１及び信頼度算出部２５２により、予測情報の生成及び更新が実行される（ステップ１０８）。予測情報は、ＡＦの指示の入力に応じて参照される情報であり、第１の合焦位置１２５、及び第１の合焦位置１２５の信頼度（重み係数）を含む。図６に示す例では、Image0〜Image5までの手動被写体画像群２６５に基づいた予測情報が生成される。
【０１０７】
なお履歴バッファに格納された各被写体画像２６０のコントラスト値、及び各被写体画像２６０の位置情報も予測情報に含まれる。その他、任意の情報が予測情報として生成されてもよい。
【０１０８】
図８に示すように、手動により位置Ｂから位置Ｃに向けて、カメラ１１８が移動される。その際にも、図３に示す予測ＡＦが実行される。Image6〜Image8までの手動被写体画像群２６５、及びその位置情報Z6〜Z8が順に取得され、各被写体画像２６０のコントラスト値が算出される（ステップ１０２〜１０５のループ）。
【０１０９】
位置Ｃにて撮影されたImage8の被写体画像２６０、及びその位置情報Z8が取得されると、コントラストのピーク値が算出可能であると判定され（ステップ１０５のＹｅｓ）。なおこの判定ステップにおいて、最大コントラスト値、最下端コントラスト値、及び最上端コントラスト値の読出しは、例えば前回の第１の合焦位置１２５の算出にて最後に取得されたImage5の被写体画像２５０以降の、Image5〜Image8までの手動被写体画像群２６５を対象に実行される。
【０１１０】
モデル関数へのフィッティングにより、コントラストのピーク値、及び第１の合焦位置１２５が算出される（ステップ１０６）。第１の合焦位置１２５の信頼度（重み係数）が算出される（ステップ１０７）。このように本実施形態では、ステップ１０５にてコントラストのピーク値が算出可能であると判定されるごとに、第１の合焦位置１２５が算出される。
【０１１１】
合焦位置算出部２５１及び信頼度算出部２５２により、予測情報が更新される（ステップ１０８）。本実施形態では、以下の式に基づいて、第１の合焦位置１２５及び第１の合焦位置１２５の信頼度（重み係数）が更新される。
Ｚfocus_c＝(Ｚfocus_p×Ｗpast＋Ｚfocus_n×Ｗnew)／(Ｗpast＋Ｗnew)
Ｗcurrent＝Ｗpast＋Ｗnew
【０１１２】
式中のパラメータは以下の通りである。
Ｚfocus_c…更新後の第１の合焦位置
Ｚfocus_p…前回の更新後の第１の合焦位置
Ｚfocus_n…今回算出された第１の合焦位置
Ｗcurren…更新後の信頼度
Ｗpast…前回の更新後の信頼度
Ｗnew…今回算出された信頼度
【０１１３】
このように、本実施形態では、第１の算出部として機能する合焦位置算出部２５１により、過去に算出された第１の合焦位置１２５、及び過去に算出された第１の合焦位置１２５の信頼度に基づいて、予測情報に含まれる第１の合焦位置（Ｚfocus_p）が更新され、現在の第１の合焦位置（Ｚfocus_c）として算出される。もちろんモデル関数を用いたフィッティングを実行することで算出された今回の第１の合焦位置（Ｚfocus_n）も用いられる。
【０１１４】
予測情報に含まれる第１の合焦位置（Ｚfocus_p）を更新して、現在の第１の合焦位置（Ｚfocus_c）を算出することは、手動被写体画像群２６５の各コントラスト情報に基づいて、所定の関数を用いたフィッティングを実行することで、第１の合焦位置１２５を算出する処理に含まれる。すなわちフィッティングと更新の両方が適宜実行されることで、ワーク３に対するカメラ１１８の第１の合焦位置１２５が算出される。
【０１１５】
過去に算出された第１の合焦位置１２５の信頼度に基づいて重み付けを行い現在の第１の合焦位置１２５を算出することで、信頼性の高い第１の合焦位置１２５が算出される。すなわちフォーカス位置Z_focusの検出精度を向上させることが可能となる。
【０１１６】
また信頼度算出部２５２により、過去に算出された第１の合焦位置１２５の信頼度に基づいて、予測情報に含まれる信頼度（Ｗpast）が更新され、更新後の第１の合焦位置１２５の信頼度（Ｗcurren）が算出される。もちろん今回の第１の合焦位置１２５の信頼度（Ｗnew）も用いられる。なお予測情報の更新方法は限定されず、上記の式とは異なる算出方法等が適宜用いられてもよい。
【０１１７】
図４及び図５は、ユーザによりＡＦの指示が入力された場合に実行されるＡＦ処理の一例を示すフローチャートである。図４は、ＡＦに関するモードとして高速モードが選択れた場合の処理例である。高速モードは、ワーク３の観察用に選択されるモードであり、本実施形態において、通常モードに相当する。
【０１１８】
図５は、ＡＦに関するモードとして、高精度モードが選択された場合の処理例である。高精度モードは、ワーク３の測定用に選択されるモードであり、高速モードよりもさらに精度の高いＡＦが実現される。
【０１１９】
高速モード、及び高精度モードは、例えばユーザの指示やＰＣ２００による設定に応じて、図２に示すモード選択部２５６により適宜選択される。例えば、現在どちらのモードが選択されているかが、ＧＵＩやアナウンス等を介して、通知部２５５により出力されてもよい。
【０１２０】
図４に示すように、高速モードが選択されている場合、駆動部２５３により、予測情報が取得される（ステップ２０１）。取得された予測情報を使用可能か否かが判定される（ステップ２０２）。本実施形態では、予測情報に含まれる第１の合焦位置１２５の信頼度が所定の閾値よりも大きいか否かが判定される。すなわち上記した、更新後の第１の合焦位置（Ｚfocus_c）の信頼度（Ｗcurren）が、所定の閾値よりも大きいか否かが判定される。所定の閾値は、任意に設定されてよい。
【０１２１】
第１の合焦位置（Ｚfocus_c）の信頼度（Ｗcurren）が所定の閾値よりも大きい場合は、図９に示すように、カメラ１１８の位置（焦点位置）が、第１の合焦位置１２５に移動される。すなわち第１の合焦位置（Ｚfocus_c）をフォーカス位置Z_focusとして、その位置へカメラ１１８が移動される（ステップ２０３）。これによりサーチ動作をすることなくＡＦが完了するので、ＡＦにかかる時間を大幅に短縮することが可能となる。
【０１２２】
またカメラ１１８を、十分に大きい速度、例えば最大速度である第１の速度Ｖmax1で移動させればよいので、ＡＦにかかる時間は非常に短くなる。
【０１２３】
第１の合焦位置（Ｚfocus_c）の信頼度（Ｗcurren）が所定の閾値よりも小さい場合、第１の合焦位置１２５をフォーカス位置Z_focusとする代わりに、１ｓｔサーチが実行される。１ｓｔサーチは、第１の合焦位置１２５を基準とした１ｓｔ予測サーチ範囲１２７に対して実行される。
【０１２４】
従って１ｓｔサーチの開始位置として、１ｓｔ予測サーチ範囲１２７のいずれかの端点に、カメラ１１８の位置が移動される（ステップ２０４）。典型的には、ＡＦの指示が入力された際のカメラ１１８の位置に近い方の端点に、カメラ１１８の位置が移動される。これによりＡＦにかかる時間を短縮することが可能となる。
【０１２５】
１ｓｔサーチが実行され、第２の算出部として機能する合焦位置算出部２５１により、ワーク３に対するカメラ１１８の第２の合焦位置が算出される（ステップ２０５）。
【０１２６】
例えば図１０に示すように、駆動部２５３により、カメラ１１８の位置が、１ｓｔ予測サーチ範囲１２７にて第１の速度Ｖmax1よりも小さい第２の速度Ｖ１で移動される。第１の速度Ｖ１の具体的な値は限定されず、高い精度でフォーカス位置Z_focusを算出することが可能となるように、焦点深度等をもとに任意に設定されてよい。
【０１２７】
１ｓｔ予測サーチ範囲１２７内にて、カメラ１１８の位置を自動により移動させながらワーク３が撮影され、複数の被写体画像２７０が生成される。この複数の被写体画像２７０は、自動被写体画像群２７５に含まれる画像となる。図１０に示す例では、Image2〜Image6までの被写体画像２７０が、自動被写体画像群２７５に含まれる画像となる。なおImage0及びImage1の被写体画像２７０も、第２の合焦位置１３０の算出に用いられてもよい。
【０１２８】
合焦位置算出部２５１により、自動被写体画像群２７５の各コントラスト情報に基づいて、１ｓｔ予測サーチ範囲１２７内の第２の合焦位置１３０が算出される。すなわち自動被写体画像群２７５の各コントラスト情報をもとに、コントラストのピーク値が算出される。そしてコントラストのピーク値に対応するカメラ１１８の位置が第２の合焦位置１３０として算出される。この第２の合焦位置１３０が、フォーカス位置Z_focusとして算出される。
【０１２９】
典型的には、第２の合焦位置１３０は、自動被写体画像群２７５の各コントラスト情報に基づいて、所定の関数を用いたフィッティングを実行することで算出される。モデル関数へのフィッティングとしては、例えば最小二乗法を用いたガウス関数のフィッティング等が挙げられるが、それに限定されない。その他、コントラスト値、及びピーク値の算出方法として、任意の方法が採用されてよい。
【０１３０】
図１０に示す例では、１ｓｔ予測サーチ範囲１２７の端点でImage6の被写体画像２７０が撮影されたときに、コントラストのピーク値が算出されている。そしてImage6の被写体画像２７０の撮影時にてカメラ１１８の移動が停止される。なお１ｓｔ予測サーチ範囲の下端に移動する前に、ピーク値が算出された時点にて、カメラ１１８の移動が停止されてもよい。これにより処理時間を短縮することが可能である。例えはモデル関数のパラメータを算出するために必要な数のコントラスト値が算出された時点で、カメラ１１８の移動が停止される。
【０１３１】
駆動部２５３により、カメラ１１８の位置（焦点位置）が、第２の合焦位置１３０に移動される。すなわち第２の合焦位置１３０をフォーカス位置Z_focusとして、その位置へカメラ１１８が移動される（ステップ２０３）。このように第１の合焦位置１２５を基準とした１ｓｔ予測サーチ範囲１２７に対して１ｓｔサーチを実行することで、無駄な走査の発生を十分に抑えることが可能となり、フォーカス位置Z_focusを高速で算出することが可能となる。
【０１３２】
なお第１の合焦位置１２５を基準とした１ｓｔ予測サーチ範囲１２７として、第１の合焦位置１２５を中心とした所定の大きさの範囲ではなくて、１ｓｔ予測サーチ範囲１２７の開始位置１２８から１ｓｔサーチ範囲１２２の反対側の端点（図１０の例では下端１３１）までの範囲が設定されてもよい。これによりさらに広い範囲を操作することが可能となり、高い精度でのフォーカス位置Z_focusが算出可能となる。
【０１３３】
図５を参照して、高精度モードが選択されている場合について説明する。図５に示すステップ３０１〜３０４は、図４に示す高速モードにおけるステップ２０１、２０２、２０４、及び２０５と同様である。予測情報に含まれる更新後の第１の合焦位置（Ｚfocus_c）の信頼度（Ｗcurren）が、所定の閾値よりも大きい場合は、ステップ３０２にてＹｅｓとなる。そして第１の合焦位置（Ｚfocus_c）をサーチ基準位置として、２ｎｄサーチが実行される。
【０１３４】
更新後の第１の合焦位置（Ｚfocus_c）の信頼度（Ｗcurren）が、所定の閾値よりも小さい場合は、ステップ３０２にてＮｏとなる。そして１ｓｔサーチを実行することで、第２の合焦位置１３０が算出される（ステップ３０３及び３０４）。算出された第２の合焦位置１３０をサーチ基準位置として、２ｎｄサーチが実行される。
【０１３５】
図１１に示すように、サーチ基準位置を基準とした２ｎｄ予測サーチ範囲１３５が設定される。２ｎｄ予測サーチ範囲１３５は、２ｎｄサーチ範囲１２３よりも小さい範囲で、サーチ基準位置（第１合焦位置又は第２の合焦位置）を中心として上方及び下方に所定の大きさで設定される。２ｎｄ予測サーチ範囲１３５の大きさ（Ｍｍｍの大きさ）は、焦点深度等をもとに適宜設定されてよい。
【０１３６】
２ｎｄサーチの開始位置として、２ｎｄ予測サーチ範囲１３５のいずれかの端点に、カメラ１１８の位置が移動される（ステップ３０５）。図１１に示す例では、２ｎｄ予測サーチ範囲１３５の下端に、カメラ１１８が移動されている。もちろん現在のカメラ１１８の位置に近い方の端点が、２ｎｄサーチの開始位置として選択されてもよい。
【０１３７】
２ｎｄサーチが実行され、第３の算出部として機能する合焦位置算出部２５１により、ワーク３に対するカメラ１１８の第３の合焦位置１４０が算出される（ステップ３０６）。例えば図１１に示すように、駆動部２５３により、カメラ１１８の位置が、２ｎｄ予測サーチ範囲１３５にて第２の速度Ｖ１よりも小さい第３の速度Ｖ２で移動される。第３の速度Ｖ２の具体的な値は限定されず、１ｓｔサーチよりも高い精度でフォーカス位置Z_focusを算出することが可能となるように、焦点深度等をもとに任意に設定されてよい。
【０１３８】
２ｎｄ予測サーチ範囲１３５内にて、カメラ１１８の位置を自動により移動させながらワーク３が撮影され、複数の被写体画像２７０が生成される。この複数の被写体画像２７０は、自動被写体画像群２７５に含まれる画像となる。図１１に示す例では、Image0〜Image8までの被写体画像２７０が、自動被写体画像群２７５に含まれる画像となる。
【０１３９】
合焦位置算出部２５１により、自動被写体画像群２７５の各コントラスト情報に基づいて、２ｎｄ予測サーチ範囲１３５内の第３の合焦位置１４０が算出される。すなわち自動被写体画像群２７５の各コントラスト情報をもとに、コントラストのピーク値が算出される。そしてコントラストのピーク値に対応するカメラ１１８の位置が第３の合焦位置１４０として算出される。この第３の合焦位置１４０が、高精度モードにおけるフォーカス位置Z_focusとして算出される。
【０１４０】
典型的には、第３の合焦位置１４０は、自動被写体画像群２７５の各コントラスト情報に基づいて、所定の関数を用いたフィッティングを実行することで算出される。モデル関数へのフィッティングとしては、例えば最小二乗法を用いたガウス関数のフィッティング等が挙げられるが、それに限定されない。その他、コントラスト値、及びピーク値の算出方法として、任意の方法が採用されてよい。
【０１４１】
図１１に示す例では、２ｎｄ予測サーチ範囲１３５の上端に移動する前に、ピーク値が算出された時点にて、カメラ１１８の移動が停止されている。これにより処理時間を短縮することが可能である。一方で、２ｎｄ予測サーチ範囲１３５の上端や、図に示すように２ｎｄサーチ範囲の上端まで、カメラ１１８が移動されてもよい。これにより広い範囲を操作することが可能となり、高い精度でのフォーカス位置Z_focusが算出可能となる。カメラ１１８の移動範囲は、例えはモデル関数のパラメータを算出するために必要な数のコントラスト値が算出されたか否か等に基づいて、適宜設定されてよい。
【０１４２】
駆動部２５３により、カメラ１１８の位置（焦点位置）が、第３の合焦位置１４０に移動される。すなわち第３の合焦位置１４０をフォーカス位置Z_focusとして、その位置へカメラ１１８が移動される（ステップ３０７）。このように高速モードにて算出されたフォーカス位置Z_focusを基準として、２ｎｄサーチを実行することで、測定用の非常に精度の高いフォーカス位置Z_focusを算出することが可能となる。
【０１４３】
手動によるカメラ１１８の位置の調整が行われた後、ＡＦの指示が入力されるまでに、ワーク３の交換や移動が行われたとする。または照明強度の変更等、撮影条件が変更されたとする。このような場合には、フォーカス位置Z_focusも変わってしまうので、図４及び図５に示す処理によりカメラ１１８の位置を適性にフォーカス位置Z_focusへ移動させることが難しい。すなわちＡＦが不調となってしまう可能性が高い。
【０１４４】
ＡＦが不調とならないように、本実施形態では、信頼度判定部２５２により、第１の合焦位置１２５の算出から所定の時間が経過するまでにＡＦの指示が入力されない場合に、第１の合焦位置１２５は無効と判定される。
【０１４５】
フォーカス位置Z_focusが変わってしまうのは、第１の合焦位置１２５が算出された後に、ワーク３の交換等が行われる場合が多い。そのような変更等が行われない場合は、ユーザは手動でカメラ１１８の位置を調整した後に、すみやかにＡＦの指示を入力すると考えられる。
【０１４６】
この点を考慮して、第１の合焦位置１２５の算出から所定の時間が経過した場合は、ワーク３等の変更等が行われる可能性が高いと判断し、その場合は第１の合焦位置１２５は無効とされる。これにより無駄なサーチを回避することが可能となる。なお所定の時間は適宜設定されてよい。
【０１４７】
所定の時間の設定について、図１２に示すように、コントラストのピーク値に基づいた処理が実行されてもよい。すなわちコントラストピーク値が所定の割合で減衰され、その減衰されたピーク値がロックオン閾値１３４よりも小さくなったときに、第１の合焦位置１２５が無効と判定される。
【０１４８】
すなわち図１２に示す例では、ピーク値がロックオン閾値１３４よりも小さくなるまでの時間が、所定の時間として設定されている。所定の割合、及びロックオン閾値１３４は任意に設定されてよい。例えは所定の割合として、フレームレート等が採用されてよい。
【０１４９】
第１の合焦位置１２５が無効となった後は、例えばＧＵＩやアナウンス等を介してその旨が通知され、再度手動によりカメラ１１８の位置を調整する操作が促される。そして図３の示す予測ＡＦが再度実行される。
【０１５０】
なおＡＦの指示が入力されるまでにフォーカス位置Z_focusも変わってしまった場合もＡＦを継続して、フォーカス位置Z_focusを算出することも可能である。例えば図４のステップ２０２にて、第１の合焦位置（Ｚfocus_c）の信頼度（Ｗcurren）が所定の閾値よりも大きいと判定され、ステップ２０３にて、カメラ１１８の位置が第１の合焦位置１２５に移動される。
【０１５１】
その位置で撮影された被写体画像のコントラスト値に基づいて、ＡＦが適正に実行されたか否かが判定される。例えば第１の合焦位置１２５で撮影された被写体画像のコントラスト値が所定の閾値よりも小さい場合には、ＡＦは不調であると判定される。そして、第１の合焦位置１２５を基準とした１ｓｔサーチ範囲１２２全体をサーチすることで、コントラストのピーク値が算出される。算出されたコントラストのピーク値に対応するカメラ１１８の位置（焦点位置）がフォーカス位置Z_focusとして算出される。
【０１５２】
第１の合焦位置１２５を基準とした１ｓｔサーチ範囲１２２全体をサーチしても、コントラストのピーク値が算出されない場合には、移動可能範囲１２０内にてカメラ１１８の位置が適宜移動される。移動後の位置を基準とした１ｓｔサーチ範囲１２２全体をサーチすることで、フォーカス位置Z_focusを算出することが可能である。
【０１５３】
図４のステップ２０２にて、第１の合焦位置（Ｚfocus_c）の信頼度（Ｗcurren）が所定の閾値よりも小さいと判定され、ステップ２０４及び２０５にて、１ｓｔサーチが実行されたとする。１ｓｔ予測サーチ範囲１２７にて、コントラストのピーク値が算出されない場合は、１ｓｔサーチ範囲１２２内の他の範囲をサーチすることで、コントラストのピーク値を算出する。算出されたコントラストのピーク値に対応するカメラ１１８の位置（焦点位置）がフォーカス位置Z_focusとして算出される。
【０１５４】
１ｓｔサーチ範囲１２２全体をサーチしても、コントラストのピーク値が算出されない場合には、カメラ１１８の位置を適宜移動させ、移動後の位置を基準とした１ｓｔサーチ範囲１２２全体をサーチすればよい。
【０１５５】
高精度モードが選択されている場合には、１ｓｔサーチ範囲１２２全体をサーチすることにより算出されたコントラストのピーク値を、サーチ基準位置として、２ｎｄサーチが実行されればよい。なお、手動の調整後にワークを変更して、ＡＦを指示するといったことはほとんどないと考えられるので、ここで説明したようなケースは非常に少ない。
【０１５６】
次に、手動被写体画像群２６５の各コントラスト情報をもとにした、第１の合焦位置１２５の算出について、詳細な処理例を説明する。図１３及び図１４は、その処理例の概要を説明するための写真及び図である。
【０１５７】
図１３Ａの写真及び図１３Ｂの図に示すように、本実施形態では、被写体画像２６０を分割する複数の分割領域２８０が設定される。その複数の分割領域２８０の各コントラスト情報をもとに、分割領域２８０ごとに図３に例示する第１の合焦位置の算出と同様のアルゴリズムを適用することで、分割合焦位置、及び分割合焦位置の信頼度が算出される。
【０１５８】
そして分割領域２８０ごとに、分割合焦位置、及び分割合焦位置の信頼度を含む予測情報が生成／更新され、記憶部に記憶される。また履歴バッファに格納される分割領域ごとのコントラスト値、及び分割領域の位置情報も予測情報に含まれる。分割領域の位置情報は、その分割領域を含む被写体画像２６０の位置情報に相当する。
【０１５９】
被写体画像２６０全体の第１の合焦位置１２５及びその信頼度（重み係数）が算出される際には、当該分割領域２８０ごとに記憶された予測情報（以下、分割領域情報と記載する）が適宜用いられる。
【０１６０】
例えば図１３に示す例では、分割領域２８０を示すセル２８１内に、以下の内容を表す分割領域情報が表示されている。
Ｙ…現在のカメラのＺ位置（焦点位置）での分割領域２８０の明るさ（分割領域２８０内の全画素の輝度平均値であり、例えば8bitの256諧調で表される）
Ｃ…現在のカメラのＺ位置（焦点位置）での分割領域２８０のコントラスト値
Ｃｐ…分割領域２８０における現在までの最大のコントラスト値
Ｚｐ…最大コントラスト値Ｃｐの分割領域２８０が撮像されたカメラのＺ位置（焦点位置）。画像が撮影されたときのカメラのＺ位置であり、段落［０１８１］に示す数式においてＺｃで表される値が用いられる。
Ｗ…図１０に示す基準領域２８２に重なる範囲の大きさによる重み係数（後に説明する）
【０１６１】
例えばこれらの情報が分割領域情報として記憶される。これらに限定されず他の情報が分割領域情報として記憶されてよい。
【０１６２】
図１３の中では、分割領域２８０を表すセル２８１が表示されていない領域２８３がある。この領域２８３は、上記した分割領域情報を算出することが不可能な領域である。例えば図３に示すステップ１０６及び１０７における分割合焦位置、及びその信頼度の算出が未だ実行されていない領域等が該当する。
【０１６３】
図１３Ｂにおいて斜線が記載されていない分割領域２８０ａは、図１３Ａでは赤色のセルとして表示される。この分割領域２８０ａは、分割合焦位置及びその信頼度が確定された領域である。
【０１６４】
図１３Ｂの右斜め上に伸びる斜線が記載され分割領域２８０ｂは、図１３Ａでは黄色のセルとして表示される。この分割領域２８０ｂは、現在のＺ位置より上には分割合焦位置は存在しないと判定された領域である。一方で、現在のＺ位置よりも下には分割合焦位置が存在する可能性があると判定された領域であり、従って分割合焦位置が確定していない領域となる。
【０１６５】
図１３Ｂの左斜め上に伸びる斜線が記載され分割領域２８０ｃは、図１３Ａでは青色のセルとして表示される。この分割領域２８０ｃは、現在のＺ位置より下には分割合焦位置は存在しないと判定された領域である。一方で、現在のＺ位置よりも上には分割合焦位置が存在する可能性があると判定された領域であり、従って分割合焦位置が確定していない領域となる。
【０１６６】
被写体画像２６０全体の第１の合焦位置１２５及びその信頼度（重み係数）が算出される際には、分割合焦位置及びその信頼度（重み係数）が確定した赤色のセル（分割領域２８０ａ）の情報が用いられる。なお色の種類は限定されない。
【０１６７】
図１４に示すように、被写体画像２６０全体の第１の合焦位置１２５及びその信頼度（重み係数）が算出される際には、まず第１の合焦位置１２５の算出の基準となる被写体画像２６０内の基準領域２８２が設定される。典型的には、基準領域２８２は、被写体画像２６０の中央に所定のサイズで設定される。この位置に限られず、基準領域２８２は、カメラ視野内の任意の位置に任意のサイズで設定されてよい。
【０１６８】
この基準領域２８２と重なり合う分割領域２８０が、算出対象領域２８４として設定される。これら算出対象領域２８４ごとの、分割合焦位置及びその信頼度（重み係数）を含む分割領域情報をもとに、被写体画像２６０全体の第１の合焦位置１２５及びその信頼度（重み係数）が算出される。
【０１６９】
この際に、算出対象領域２８４の基準領域２８２に重なる領域の大きをもとに、重み付けが行われる。これにより高い精度で第１の合焦位置１２５その信頼度（重み係数）を算出することが可能となる。
【０１７０】
上記した重み係数のＷは、算出対象領域２８４となるセル全体が基準領域２８２に含まれる場合は、１．０となる。セルの一部が基準領域２８２に含まれる場合は、０．０から１．０までの間の値になる。セルが全く含まれない、すなわち算出対象領域２８４とならない分割領域２８０に対しては、Ｗは０．０となる。Ｗは、重み付け係数が正しく計算されているかをデバッグするための表示機能として利用可能である。
【０１７１】
例えば、算出対象領域２８４の分割合焦位置に重み係数のＷを乗算し、その値を全て足し合わせることで、被写体画像２６０全体の第１の合焦位置１２５が算出される。また分割合焦位置に重み係数のＷを乗算し、その値を全て足し合わせることで、被写体画像２６０全体の第１の合焦位置１２５のその信頼度（重み係数）が算出される。もちろん重み付けの方法は限定されず、任意に方法が用いられてよい（後に図２０を参照しながら具体的な算出例を説明する）。
【０１７２】
図１３及び図１４に示す分割領域２８０及び分割領域情報は、内部処理のために用いられる情報である。従って実際には、ユーザが画像を確認するためのディスプレイ２２５には、分割領域２８０を表すセルや分割領域情報は表示されない。もちろんユーザの操作時にこれらの情報が表示されてもよいが、典型的にはデバッグ用の情報として利用される。
【０１７３】
図１５は、複数の分割領域２８０の設定を説明するための図である。図１５に示すように、記憶部には、マシン座標系とコントラストマップ座標系とが記憶されている。マシン座標系とは、ステージ１１２及び撮像ユニット１１４の位置を示すための座標系であり、このマシン座標系をもとに撮影位置２８５の座標が算出される。マシン座標系は、撮影位置２８５が移動可能な範囲を含む範囲で設定される。マシン座標系の座標の単位はｍｍである。
【０１７４】
このマシン座標系と、原点、Ｘ軸、及びＹ軸を同じくして、コントラストマップ座標系が設定される。図１５に示すように、マシン座標系が設定される範囲２８６が格子状に分割される。この分割された複数の領域２８７の位置座標を示す座標系として、コントラストマップ座標系が設定される。
【０１７５】
このコントラストマップ座標系を基準としてコントラストマップ２８８が設定される。本実施形態では、コントラストマップ２８８は、撮影範囲（カメラの視野）２８９よりも大きい範囲で、撮影範囲２８９を含む位置に設定される。コントラストマップ２８８は、本実施形態において、算出用マップとして機能する。
【０１７６】
このコントラストマップ２８８の複数の領域２９０に対応して被写体画像２６０（撮影範囲２８９内の画像）を分割するように分割領域２８０が設定される。図１５では、グレーの色が付された部分が複数の分割領域２８０となる（図１３等と比べて分割領域の数は少なく図示されている）。従ってコントラストマップ２８８の複数の領域２９０の大きさ、すなわちコントラストマップ座標系の複数の領域２８７の大きさは、分割領域２８０の大きさをどの程度に設定するかにより定められる。例えは分割領域２８０の大きさを、ｎ×ｎ(pixel)とする場合、その大きさに基づいて、コントラストマップ座標系及びコントラストマップ２８８が設定される。
【０１７７】
本実施形態では、撮影される被写体画像２６０のピクセルサイズが既知であるので、キャリブレーションによりピクセルサイズから分割領域２８０の１辺の大きさがｍｍ単位で算出可能である。この算出されたｍｍ単位の大きさを用いて、コントラストマップ座標系の単位もｍｍで設定されている。本実施形態では、被写体画像２６０の大きさは、２０４８×１５３６(pixel)であり、分割領域２８０のセル２８１大きさは、１２８×１２８(pixel)である。これらがｍｍ単位のマシン座標系にマッピングされている。
【０１７８】
撮影範囲２８９よりも大きい範囲に設定されるコントラストマップ２８８の大きさは限定されない。本実施形態では、撮影範囲２８９に含まれる複数の分割領域２８０（図１５では７×５個のセル）を８方向に同じ大きさだけ拡大した２１×１５のセル数からなるコントラストマップ２８８が設定される。これに限定されず、任意に設定されてよい。
【０１７９】
このように記憶部に記憶されているコントラストマップ２８８を基準として、複数の分割領域２８０が設定される。複数の分割領域２８０ごとの上記した分割領域情報は、例えばＰＣ２００に被写体画像２６０が転送されるたびに更新される。例えはＸＹＺ軸方向においてカメラの位置が移動されるために分割領域情報が更新される。
【０１８０】
分割領域情報として、例えば、以下の情報が記憶される。
Ｃｐ…最大コントラスト値
Ｚｐ…最大コントラストのＺ位置
Ｃｕ…現在までに手動で移動された範囲の最上端のコントラスト値
Ｚｕ…現在までに手動で移動された範囲の最上端のＺ位置
Ｃｌ…現在までに手動で移動された範囲の最下端のコントラスト値
Ｚｌ…現在までに手動で移動された範囲の最下端のＺ位置
Ｃｃ…現在画像のコントラスト値（段落［０１６０］のコントラスト値を表すＣに相当）
Ｚｃ…現在画像のＺ位置
Ｂｃ…現在画像の明るさ（段落［０１６０］の明るさを表すＹに相当）
Ｗ…基準領域に重なる範囲の大きさによる重み係数
Ｃｂ…前の画像のコントラスト値
Ｚｂ…前の画像のＺ位置
Ｂｂ…前の画像の明るさ
Ｃｂ１〜ｎ…過去ｎ枚の画像のコントラスト値（履歴バッファ）
Ｚｂ１〜ｎ…過去ｎ枚の画像のＺ位置（履歴バッファ）
Ｂｂ１〜ｎ…過去ｎ枚の画像の明るさ（履歴バッファ）
Ｚfocus_c…分割合焦位置
Ｗcurrent…分割合焦位置の信頼度（重み係数）
【０１８１】
なお現在画像のＺ位置Ｚｃは、現在の画像転送が完了したＺ位置Ｚco、一つ前の画像転送が完了したＺ位置Ｚpo、画像のフレーム転送遅延時間ｔdelay、画像転送間隔ｔframe（=１／フレームレート）を用いて以下の内挿計算により算出可能である。なおこれに限定されるわけではない。またコントラスト等の計算には、画像の間引きデータが使用されてもよい。
Ｚｃ＝Ｚco−（Ｚco−Ｚpo）×ｔdelay／ｔframe
【０１８２】
図１６は、分割領域情報の更新の一例を示すフローチャートである。まずコントラストマップ２８８が初期化される（ステップ４０１）。次の画像が転送されるまで待機する（ステップ４０２）。マシン座標系をもとに撮影位置２８５のＸＹＺ座標が取得される（ステップ４０３）。例えばリニアスケールから座標値が読み出される。
【０１８３】
Ｘ軸及びＹ軸が停止しているか否か判定される。すなわちＸ座標値とＹ座標値とが移動しているか否かが判定される（ステップ４０４）。Ｘ座標値及びＹ座標値が移動している場合は（ステップ４０４のＮｏ）、被写体画像２６０は流れた画像となり正確なコントラスト値が算出できないので、処理がスキップされてステップ４０２に戻る。
【０１８４】
Ｘ座標値及びＹ座標値が移動していない場合には（ステップ４０４のＹｅｓ）、ＸＹ平面上におけるカメラの位置とピクセルサイズの情報をもとに、コントラストマップ２８８が設定される（ステップ４０５）。カメラの視野２８９に含まれる分割領域２８０のコントラスト値が計算される（ステップ４０６）。
【０１８５】
各セルの分割領域情報が以下のように更新される（ステップ４０７）。
もしＣｃ＞Ｃｐなら、Ｃｐ＝Ｃｃ、Ｚｐ＝Ｚｃ…最大コントラスト値を更新
もしＺｃ＞Ｚｕなら、Ｃｕ＝Ｃｃ、Ｚｕ＝Ｚｃ…最上端のコントラスト値を更新
もしＺｃ＞Ｚｌなら、Ｃｌ＝Ｃｃ、Ｚｌ＝Ｚｃ…最下端のコントラスト値を更新
【０１８６】
Ｃｐ、Ｚｐ、Ｃｕ、Ｚｕ、Ｃｌ、Ｚｌが確定したら、図３のステップ１０５の判定が実行される。そして0コントラストのピーク値が検出可能と判定されるごとに、モデル関数によるフィッティングによりコントラストのピーク値、及び分割合焦位置が算出される（ステップ４０６）。また分割合焦位置の信頼度（重み係数）が算出される（ステップ４０７）。そして、段落［０１１１］にて例示した式等を用いて、分割領域情報（予測情報に相当）が更新される（ステップ４０８）。
【０１８７】
この際、以下のような判定が実行されてもよい。
もしＣｕとＣｐが同じ、かつ、ＣｕがＣｌより大きい場合は、フォーカス位置はＺｕよりも上側にあるとして、分割合焦位置の確定が保留される（青色のセルが表示される）。
もしＣｌとＣｐが同じ、かつ、ＣｌがＣｕより大きい場合は、フォーカス位置はＺｌよりも下側にあるとして、分割合焦位置の確定が保留される（黄色のセルが表示される）。
【０１８８】
フローチャートに戻り、ステップ４０８では、前後の画像の明るさの差である、ＢｃとＢｂとの差が算出される。このＢｃとＢｂとの差が所定の閾値よりも大きい場合は、該当セルの情報がリセット（初期化）される（ステップ４０９）。すなわち画像（セル内）の明るいさが急激に変化した場合は、ワーク３の交換等の大きな変化が発生したと判断される。そして以前のコントラスト情報は使えなくなったと判断されリセットが実行される。分割合焦位置が確定されている場合は、そのロックオンも解除される。
【０１８９】
ＢｃとＢｂとの差が所定の閾値以下の場合は、各セルのＣｐ及びＺｐが時間減少率だけ小さくされる（ステップ４１０）。これは、図１２に示す処理に準じるものである。ステップ４１０の処理が終了すると、ステップ４０２に戻る。すなわちプログラムの起動時から終了まで、ループ処理が継続される。
【０１９０】
次に、図１７〜図１９を参照して、撮影位置２８５の移動にともなう処理について説明する。例えば、手動による調整時において、ワーク３をＸＹ平面方向に移動させて画面中央に移動させたり、高さ調整をしたりする操作が入力される。例えはこのような調整時や、ターゲットの探索時に、ＸＹ平面方向において撮影位置２８５が移動される。
【０１９１】
例えば図１５に示す応対から、図１７に示す状態まで、撮影位置２８５が載置面に沿う２次元内にて移動されたとする。そうすると、撮影位置２８５の座標情報と、ピクセルサイズの情報とをもとに、コントラストマップ２８８の設定位置が、撮影位置２８５の移動に応じて移動される（図１７の矢印Ａ及びＢ参照）。
【０１９２】
図１８は、撮影位置２８５が移動された後の状態を示す図である。図１８において、濃いグレーの色で表現されている移動後の分割領域２８０において、分割領域２８０ごとの分割領域情報が更新される。移動前の分割領域２８０'は、薄いグレーの色で表現された部分２８０'ａと、斜線が記載された部分２８０'ｂとからなる。この移動前の分割領域２８０'は、撮影範囲２８９から外れるので、これらの分割領域情報は更新されない。
【０１９３】
移動前の分割領域２８０'のうち、薄いグレーの色で表現された部分２８０'ａは、移動後のコントラストマップ２８８内に含まれる。この撮影範囲２８９から外れた領域であるが、移動後のコントラストマップ２８８に含まれる領域２８０'ａは、記憶保持領域２９１となる。記憶保持領域２９１では、過去に分割領域２８０として設定された際に更新された分割領域情報が保持される。一方、斜線が記載された部分２８０'ｂは、移動後のコントラストマップ２８８からも外れるので、この部分に関しては、過去に更新された分割領域情報は削除される。
【０１９４】
図１８に示す状態から、図１９に示す状態まで、撮影位置２８５が移動されたとする。濃いグレーの色で表現された分割領域２８０の各セル２８１について分割領域情報が更新される。また移動前の分割領域に相当するセルのうち、移動後のコントラストマップに含まる記憶保持領域２９１について分割領域情報が保持される。分割領域２８０の分割領域情報が更新される際には、移動前に記憶が保持されていた、記憶保持領域２９１の分割領域情報が適宜参照される。
【０１９５】
すなわち図１９に示す分割領域２８０のうち、図１８に示す移動時にて設定された記憶保持領域２９１と重なる部分２９２と、図１９に示す移動時にて設定された記憶保持領域２９１と重なる部分２９３とについては、過去に記憶された分割領域情報が参照されて、分割領域情報が更新される。これにより演算に係る時間の短縮、及び演算量の低減を図ることが可能となる。なお、図１８で斜線が記載された部分２８０'ｂの一度削除された分割領域情報が復活されるということはない。
【０１９６】
このように本実施形態では、撮影範囲２８９よりも大きい範囲でコントラストマップ２８８が設定され、その設定位置が撮影位置２８５の移動に応じて移動される。これにより撮影位置２８５が移動された場合でも、その位置におけるフォーカス位置Z_focusを高速で算出することが可能となる。すなわち撮影位置２８５の移動可能範囲の任意の位置において、高速にフォーカス位置Z_focusを算出することが可能となる。
【０１９７】
また設定されたコントラストマップ２８８の領域２９０（セル）ごとに、当該領域に対応する被写体画像２６０の分割領域２８０の、コントラスト情報、分割合焦位置、及びその信頼度（重み係数）を含む分割領域情報が記憶される。そして撮影位置２８５が移動された場合には、移動前に記憶されたコントラストマップ２８８の領域２９０ごとの分割領域情報が参照されて、移動後の分割領域２８０の分割領域情報が更新される。この結果、短い時間で移動後の分割領域２８０の分割合焦位置及びその信頼度（重み係数）が算出可能となる。
【０１９８】
図２０は、分割領域情報を用いた第１の合焦位置１２５及びそのその信頼度（重み係数）の具体的な算出例を説明するための図である。図２０に示すように、被写体画像２６０の中央に基準領域２８２が設定される。そして基準領域２８２と重なり合う算出対象領域２８４が設定される。算出対象領域２８４の分割領域情報を用いて、第１の合焦位置Ｚfocus_c（図中及び式ではＺｆｃと記載している）、及びその信頼度Ｗcurrent（図中及び式ではＷｃと記載している）が以下の式にて算出される。
【０１９９】
Ｚｆｃ＝Σ（Ｚｆｃi,j×Ｓi,j）／ΣＳi,j
Ｗｃ＝Σ（Ｗｃi,j×Ｓi,j）／ΣＳi,j
なお、パラメータは以下の通りである。
（Ｚｆｃi,j、Ｗｃi,j）…算出対象領域２８４の各（分割合焦位置、その信頼度（重み係数））
Ｓi,j…基準領域２８２と算出対象領域２８４とが重なる領域の大きさ
【０２００】
このように、算出対象領域２８４の基準領域２８２に重なる領域の大きさをもとに、重み付けが行われる。これにより高い精度で第１の合焦位置１２５及びその信頼度（重み係数）を算出することが可能となる。なお、上記の式と同様の式にて、被写体画像２６０全体のＣｕ、Ｃｌ、Ｚｕ、及びＺｌが算出されて、第１の合焦位置１２５の確定が判定されてもよい。
【０２０１】
なお対物レンズを含む結像光学系により結像されたワークの像が撮影される場合では、結像光学系に使用される対物レンズが、リボルバ等の切替機構により切替えられたり、またはユーザにより交換されたりする場合がある。例えば所望の倍率を有する対物レンズの切替え又は交換（以下、統一して対物レンズの切替えと記載する）が行われることで、所望の倍率にて被写体画像を観察することができる。
【０２０２】
対物レンズの切替えが実行可能である場合、例えば結像光学系に使用される対物レンズ毎に、第１の合焦位置の算出に用いられるコントラストマップが記憶されてもよい。例えば３種類の対物レンズが切替え可能である場合には、各対物レンズに対応する３つのコントラストマップが記憶される。記憶部には、使用される対物レンズ毎に、コントラストマップ及び当該コントラストマップを基準として設定された分割領域ごとの分割領域情報が記憶される。なお切替えて使用可能な対物レンズの数、及びそれに対応して記憶されるコントラストマップの数は限定されない。
【０２０３】
対物レンズが切替えられる場合には、対物レンズに対応するコントラストマップ及び分割領域情報が適宜読み出されて第１の合焦位置の算出が実行される。例えばユーザが第１の対物レンズで操作を実行する場合、プログラムは、第１の対物レンズに対応する第１のコントラストマップを読み出し、被写体画像の入力ごとに分割領域情報を更新する。その後、ユーザが第２の対物レンズに切り替えて操作を実行すると、プログラムは、第２の対物レンズに対応する第２のコントラストマップを読み出し、第２のコントラストマップを基準として算出された分割領域情報を更新する。その後、ユーザが再び第１の対物レンズに切替えて操作をする場合には、再び第１のコントラストマップが読み出される。そして前回更新された第１のコントラストマップを基準とする分割領域情報が、被写体画像の入力ごとに再度更新される。
【０２０４】
このように対物レンズ毎にコントラストマップが記憶され、対物レンズの切替えに応じて対応するコントラストマップが読み出されることで、対物レンズの切替え直後であっても予測ＡＦを実行することが可能となる。
【０２０５】
また例えば対物レンズにズームレンズが用いられ、当該ズームレンズのズーム位置が制御されることで、複数の段階で倍率が切替えられてもよい。この場合、例えば切替えられる倍率毎に、第１の合焦位置の算出に用いられるコントラストマップが記憶されてもよい。例えばズーム位置の制御により３段階の倍率の切替えが可能である場合には、各倍率に対応する３つのコントラストマップが記憶される。ユーザの操作時には、対物レンズの倍率に対応するコントラストマップ及び分割領域情報が適宜読み出されて、第１の合焦位置の算出が実行される。これにより倍率の切替え直後であっても予測ＡＦを実行することが可能となる。
【０２０６】
図２１及び図２２は、比較例として挙げる従来のＡＦを説明するための図である。図２１に示すように、サーチ範囲９２２の下方部分にフォーカス位置Z_focusが存在するとする。そしてＡＦの指示をもとに、サーチ範囲９２２の中心Ｏから上向きに低い速度Ｖsearchにてサーチが開始されるとする。この場合、図２１に示すように、カメラ９１８がサーチ範囲９２２の上端９３２に移動するまでコントラストピークは発見されない。
【０２０７】
そうすると図２２に示すように、サーチ範囲９２２の上端９３２から中心Ｏまで高速である速度Ｖmaxでカメラ９１８戻される。そして今度はサーチ範囲９２２の下端９３１に向かって速度Ｖsearchにてサーチが実行される。このサーチでImage22の被写体画像９７０が取得されたときに、ようやくコントラストピークが発見される。そしてカメラ９１８がフォーカス位置Z_focusに移動される。
【０２０８】
すなわち従来のＡＦでは、図２１に示すように、最初のサーチが無駄となってしまい、フォーカス位置Z_focusの算出に長い時間が費やされてしまう。すなわちＡＦの時間が長くなってしまう。例えば焦点深度が狭い光学系において、手動の調整の操作性を向上させるためにサーチ範囲を広くした場合等に、図２１及び図２２で示すようなサーチの無駄が発生しやすい。フォーカス位置Z_focusが、最初の移動方向とは反対側の端部に近い場合に存在する場合には、走査距離はサーチ範囲９２２の大きさの１．５倍ほどにもなってしまう。
【０２０９】
図２３は、比較例として挙げる従来のＡＦの処理時間を示すグラフである。図中の「1st fit range」は、コントラストカーブ（Fitted curve）のモデル式のパラメータを求めるために、各被写体画像のコントラスト値を最小二乗法で当てはめる範囲である。例えば所定の閾値よりも大きいコントラスト値が用いられる。
【０２１０】
図２３Ａは、Ｚ＝約＋１．８ｍｍの位置からＡＦが開始され、１回のサーチが実行された場合の図である。図２３Ａに示す例は、図２１及び図２２に示すＡＦの動作に対応するものである。すなわち位置Ｊからサーチ範囲の上端となる位置Ｋまでサーチが実行される。その範囲ではコントラストピークが発見されず、位置Ｊまで高速にカメラが戻される。そして位置Ｌまでサーチが実行されてフォーカス位置が算出されている。
【０２１１】
図２３Ａに示すように、フォーカス位置が見つかるまでに、約２秒かかっており、カメラがフォーカス位置まで移動されるまでには、約２．３秒かかっている。これに対して本実施形態では、ＡＦの指示の入力と同時にカメラがフォーカス位置（第１の合焦位置）に移動される。従って、ＡＦにかかる時間を約２秒ほど短縮することが可能である。
【０２１２】
図２３Ｂは、Ｚ＝約−１．８ｍｍの位置からＡＦが開始され、１回のサーチが実行された場合の図である。開始位置である位置Ｊから低速のサーチが実行されるので、フォーカス位置が見つかるまでに、約０．９秒かかっており、カメラがフォーカス位置まで移動されるまでには、約１．４秒かかっている。
【０２１３】
これに対して本実施形態では、ＡＦの指示の入力と同時にカメラがフォーカス位置（第１の合焦位置）に移動される。従って、ＡＦにかかる時間を約０．９秒ほど短縮することが可能である。このように最初のサーチ方向にフォーカス位置が存在する場合でも、従来のＡＦよりも高速にフォーカス位置を算出することが可能となる。
【０２１４】
図２４は、本実施形態において、１ｓｔサーチが実行される場合の処理時間を示すグラフである。図中の「1st fit range」は、１ｓｔサーチが実行される１ｓｔ予測サーチ範囲に相当する。
【０２１５】
図２４Ａは、フォーカス位置の上方からＡＦが開始される場合の図である。ＡＦの指示をもとに、フォーカス位置より上のＺ＝約＋１．８ｍｍからＡＦが開始される。図２４Ａに示すように、１ｓｔ予測サーチ範囲の開始位置まで高速でカメラが移動され、１ｓｔ予測サーチ範囲内で低速のサーチが実行される。低速のサーチにより、コントラストカーブが算出され、それをもとに第２の合焦位置がフォーカス位置として算出される。
【０２１６】
図２４Ａに示すように、約０．７秒にて、フォーカス位置Z_focusが見つかっている。そして、約１、１秒にて、カメラがフォーカス位置まで移動される。すなわち１ｓｔサーチが実行される場合でも、ＡＦにかかる時間が短縮されており、従来のＡＦと比べて約１．２秒の差があり、約２．１倍の高速化が実現されている。
【０２１７】
図２４Ｂは、フォーカス位置の下方からＡＦが開始される場合の図である。ＡＦの指示をもとに、フォーカス位置より下の上のＺ＝約−１．８ｍｍからＡＦが開始される。図２４Ｂに示すように、１ｓｔ予測サーチ範囲の開始位置まで高速でカメラが移動され、１ｓｔ予測サーチ範囲内で低速のサーチが実行される。低速のサーチにより、コントラストカーブが算出され、それをもとに第２の合焦位置がフォーカス位置として算出される。
【０２１８】
図２４Ｂに示すように、約０．７秒にて、フォーカス位置Z_focusが見つかっている。そして、約１、１秒にて、カメラがフォーカス位置まで移動される。すなわち１ｓｔサーチが実行される場合でも、ＡＦにかかる時間が短縮されており、従来のＡＦと比べて約０．３秒の差があり、約１．３倍の高速化が実現されている。
【０２１９】
以上、本実施形態に係る画像測定装置３００では、手動によりカメラ１１８の位置（焦点位置）を移動させながらワーク３を撮影した手動被写体画像群２６５の各コントラスト情報に基づいて、例えばモデル関数等を用いたフィッティングが実行される。これによりワーク３に対するカメラ１１８の第１の合焦位置１２５を高速に算出することが可能となる。ユーザからのオードフォーカスの指示に対しては、算出された第１の合焦位置１２５にカメラ１１８の位置（焦点位置）を移動させればよいので、オートフォーカスにかかる時間を短縮することが可能となる。
【０２２０】
また第１の合焦位置１２５の信頼度を算出することで、第１の合焦位置１２５をフォーカス位置とするか、それとも１ｓｔサーチを実行するかを適宜判断することが可能となっている。これによりフォーカス位置の精度を高く維持することが可能となる。
【０２２１】
例えば画像測定機としてデジタル顕微鏡が用いられるとする。光学顕微鏡の対物レンズは焦点深度が狭いため、コントラストピーク（フォーカス位置）から少しでも外れるとコントラストは小さくなる。このことは高倍率になるほど顕著になる。このような焦点深度が狭い光学系においては、サーチ速度を遅くすることが必要である。一方、ＡＦを使いやすくするためには、サーチ範囲を大きくすることが必要となる。サーチ速度が遅く、サーチ範囲が大きくなると、ＡＦの実行時間が長くなってしまう。
【０２２２】
本実施形態に係る画像測定装置３００では、ＡＦ実行前の準備作業として、ユーザがカメラのＺ位置を調節する過程で、フォーカス位置を通り過ぎるたびに、プログラムはフォーカス位置として第１の合焦位置１２５として算出する。すなわちＡＦ処理に入る前から画像のコントラストが監視されることで、フォーカス位置（第１の合焦位置１２５）があらかじめ取得される。ＡＦ実行時には、算出された第１の合焦位置１２５までカメラが高速で移動される。これにより非常に高速なＡＦが実行可能となる。
【０２２３】
すなわち本実施形態では、作業者がマニュアル操作で目から得ているワークの画像と同一の画像情報に対して常時コントラストピークが取得される。これによりＡＦの際にフォーカス位置を探し出すためのサーチ動作をなくすことが可能であり、カメラをダイレクトにフォーカス位置に移動することができる。
【０２２４】
この結果、サーチ動作を省略したサーチレスＡＦを実現することが可能となり、ＡＦ時間短縮による測定スループットの向上、及び作業者の操作性向上を実現することが可能となる。また第１の合焦位置の信頼度を算出することで、高速かつ高精度なＡＦを実現することが可能となる。
【０２２５】
またプログラムは、カメラ視野を格子状に細分化したコントラストマップを持ち、ＡＦ以外の時も格子内におけるコントラストのピーク値を探し続ける。ＸＹＺ軸スケールの位置情報と被写体画像のピクセルサイズは既知であり、ステージ及び撮像ユニットが移動すると、プログラム内部のコントラストマップも連動して移動される。ＸＹＺ軸スケールの位置情報から、カメラ視野外の領域までカバーしたコントラストマップを持つことで、任意の位置で高速・高精度にＡＦを実行することが可能となる。すなわち視野の任意の位置で高速・高精度のＡＦが可能になり、操作性が大幅に向上する。また高精度でありながら、使いやすさと時間短縮の両立が実現される。
【０２２６】
また本発明は、ソフトウェアのアルゴリズムのみで対応可能であり、特別なハードウェアは不要なので、コストアップなしに性能を向上させることができる。この結果、コストアップなしに、従来のＡＦ精度を維持したまま高速化を図ることが可能となる。
【０２２７】
また本発明によれば、以下のような効果を得ることが可能となる。なおこれらの効果が全て得られるということではなく、条件等により以下の効果のいずれかが得られるということである。
見たいところに素早くピント合わせし、ストレスのない観察や測定が可能。
ＸＹＺ軸リニアスケールとの組合せにより、高精度三次元測定をさらにスピードアップさせることが可能。
広いフォーカスサーチ範囲のどの位置からでも高速ＡＦを実行することが可能。
光学顕微鏡のフォーカス合せの使い勝手をさらに向上させることが可能。
焦点深度が狭い高倍対物レンズになるほど、フォーカスの合せ易さを体感することが可能。
電動ステージの顕微鏡光学系とカメラのみの安価なシステム構成で本発明を実現することが可能。
高速ＡＦ用の高価なオプションは不要。
過去出荷したシステムにおいても、ソフトウェアのバージョンアップのみでＡＦの高速化を実現することが可能。
【０２２８】
＜その他の実施形態＞
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
【０２２９】
上記では、コントラストのピーク値が算出されるごとに第１の合焦位置及びその信頼度が更新された。これに限定されず、最新の第１の合焦位置及びその信頼度に基づいて、ＡＦが実行されてもよい。あるいは、第１の合焦位置及び信頼度が算出された時点で、予測ＡＦが終了されてもよい。常時予測ＡＦが実行されることで、高い精度で第１の合焦位置を算出することが可能となる。一方、途中で予測ＡＦを終了させることで、演算量の低減や処理時間の短縮を図ることが可能となる。
【０２３０】
また信頼度を用いることなく、過去に算出された第１の合焦位置の平均を、更新後の第１の合焦位置として算出することも可能である。例えば許容されるＡＦ精度に基づいて、信頼度を用いるか否か、第１の合焦位置を更新するか否か等が、適宜設定されてよい。
【０２３１】
第１の合焦位置の信頼度が低い場合に改めて合焦位置を算出する方法も限定されず、任意に設定されてよい。上記の特許文献１に開示されている技術を適宜用いることが可能である。もちろんその他のサーチ方法等が採用されてもよい。
【０２３２】
上記したように、手動被写体画像群が撮影される際のカメラの移動速度、速度の一定性（変化量）、及びコントラストのピーク値に応じて、第１の合焦位置の信頼度が変わってくる。
【０２３３】
この点に着目して、図２に示す駆動部により、ユーザの手動によるカメラの位置（焦点位置）を移動させるための操作に応じたカメラの移動動作（焦点位置の移動動作）が、適宜制御されてもよい。すなわち手動による焦点位置を移動させるための操作に応じて、実際にどのように焦点位置が移動されるかが、適宜制御されてもよい。
【０２３４】
例えばカメラの移動速度、及び移動速度の変化（変化量）が制御される。実際には、高速による移動、あるいは低速による移動が行われるような操作が入力されていたとしても、第１の合焦位置の信頼度が高くなるような適正な速度で、カメラ１１８が移動される。例えば速度の上限値や下限値が設定されていてもよい。
【０２３５】
また実際には、移動速度の一定性が低いような、すなわち移動速度の変化（変化量）が大きくなるような操作が入力されていたとしても、カメラ１１８が一定の速度で移動される。このように、手動被写体画像群が撮影される際の手動操作に応じたカメラの移動動作を適宜制御することで、第１の合焦位置の信頼度を向上させることが可能となる。この結果、１ｓｔサーチをすることなくダイレクトにカメラをフォーカス位置に移動させることが可能となり、ＡＦにかかる時間を短縮することが可能となる。
【０２３６】
上記のような第１の合焦位置が更新される場合等において、１回目の手動によるカメラの位置の調整時には、操作通りの移動動作を実行する。２回目以降の手動によるカメラの位置の調整時に、カメラ１１８の移動速度、及び移動速度の変化（変化量）を適宜制御する。これにより、１回目の調整時にはすばやくフォーカス位置（第１の合焦位置）の目星をつけることが可能となる。そして２回目以降の調整時にて、信頼度の高い第１の合焦位置を算出することが可能となる。
【０２３７】
図２に示す通知部により、信頼度算出部により算出された第１の合焦位置の信頼度に関する通知情報として、算出された第１の合焦位置の信頼度、及びユーザの手動による焦点位置を移動させるための操作の方法に関する情報の少なくとも一方が通知されてもよい。
【０２３８】
例えば手動による操作によりフォーカス位置を通り過ぎ、第１の合焦位置が算出されるごとに、ＧＵＩや音声等を介して、第１の合焦位置の信頼度が通知されてもよい。もちろん「高・中・低」等の、信頼度の程度が通知されてもよい。これによりユーザは、信頼度の高い第１の合焦位置が算出可能となる操作方法を、直感的に取得することが可能となる。
【０２３９】
またＧＵＩや音声等を介して、カメラの移動速度、及び移動速度の変化（変化量）を指示するティーチング情報が出力されてもよい。例えば「速度を落としてください」「一定に動かしてください」等のティーチング情報が通知情報として出力される。これによりユーザの操作を、信頼度の高い第１の合焦位置が算出可能となる操作に誘導することが可能となる。またユーザは、信頼度の高い第１の合焦位置が算出可能となる操作方法を、容易に取得することが可能となる。
【０２４０】
高精度モードが選択されている場合に、第１の合焦位置の信頼度が所定の閾値よりも高い場合には、２ｎｄサーチを実行することなく、カメラの位置がダイレクトに第１の合焦位置に移動されてもよい。すなわち非常に高い信頼度が算出された場合には、その第１の合焦位置は、２ｎｄサーチを実行することで算出される高精度のフォーカス位置と見做される。例えばユーザの移動動作におけるカメラの移動動作が、２ｎｄサーチにおけるカメラの移動動作と同レベルである場合には、２ｎｄサーチが省略可能となる。そのような手動による移動動作が行われたか否かを判定するために、適宜信頼度の算出アルゴリズムや閾値等が設定されればよい。
【０２４１】
もちろん、ユーザの移動動作におけるカメラの移動動作が、２ｎｄサーチにおけるカメラの移動動作と同レベルとなるように、駆動部により、手動動作に応じたカメラの移動動作が制御されてもよい。あるいはティーチング情報等を適宜通知することで、２ｎｄサーチにおけるカメラの移動動作と同レベルとなるように、ユーザの移動動作におけるカメラの移動動作が誘導されてもよい。
【０２４２】
例えば図１５に示すコントラストマップ２８８の大きさについて、撮影位置２８５の移動可能範囲の全体、すなわちコントラストマップ座標系全体にコントラストマップ２８８が設定されてもよい。これにより撮影位置２８５の移動にともなうコントラストマップ２８８の移動処理が不要となる。一方、上記実施形態のようにコントラストマップ２８８の大きさを、座標系の一部分の大きさとすることで、ＰＣ２００のメモリにかかる負担等を軽減させることが可能となる。
【０２４３】
例えばＣＮＣ装置等において、ＡＦ前の自動実行中の動作に対して、図３で例示した処理が実行され予測情報が生成されてもよい。予測情報が使用可能である場合（例えば予測情報に含まれる第１の合焦位置の信頼度が所定の閾値よりも大きい場合）には、第１の合焦位置をフォーカス位置として、その位置へカメラが移動される。これによりサーチ動作をすることなくＡＦが完了するので、ＡＦにかかる時間を大幅に短縮することが可能となる。なお上記した手動よる焦点位置の移動動作に対応する処理を自動的に実行することで、予測情報が生成されてもよい。
【０２４４】
以上説明した本発明に係る特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。また上記で記載した種々の効果は、あくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果が発揮されてもよい。
【符号の説明】
【０２４５】
３…ワーク
１００…画像測定機
１１２…ステージ
１１４…撮像ユニット
１１７…載置面
１１８…カメラ
１２１…カメラの位置（焦点位置）
１２５…第１の合焦位置
１２７…１ｓｔ予測サーチ範囲
１３０…第２の合焦位置
１３５…２ｎｄ予測サーチ範囲
１４０…第３の合焦位置
２００…ＰＣ
２２１…ＰＣ本体
２５０…取得部
２５１…合焦位置算出部
２５２…信頼度算出部
２５３…駆動部
２５４…ピーク判定部
２５５…通知部
２５６…モード選択部
２６０…被写体画像
２６５…手動被写体画像群
２７０…被写体画像
２７５…自動被写体画像群
２８０…分割領域
２８２…基準領域
２８４…算出対象領域
２８５…撮影位置
２８８…コントラストマップ
２８９…撮影範囲（カメラの視野）
２８９…コントラストマップの複数の領域
２９１…記憶保持領域
３００…画像測定装置
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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