(57)【要約】【課題】良好な焦点合わせが可能な測定装置、および焦点合わせ方法を提供する。【解決手段】測定装置１は、被測定物Ａに対向して配設される対物レンズ２１２Ａを有するレンズ系を格納した本体部２１と、前記レンズ系により屈折される光のうち、前記被測定物Ａの設置位置から対物レンズ２１２Ａまでの距離が、対物レンズ２１２Ａの焦点距離と略一致する波長を選択する波長選択手段と、この波長選択手段にて選択された目標波長の光を撮像する撮像手段２２と、を具備した。【選択図】図１
2008299235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に対向して配設される測定物対向レンズと、前記被測定物で反射されて前記測定物対向レンズを透過した画像光を撮像する撮像手段と、を備えた撮像装置であって、
前記測定物対向レンズの焦点距離が前記被測定物から前記測定物対向レンズまでの測定距離と略一致する波長の光を選択する光選択手段と、
前記被測定物から前記撮像手段までの光路を透過する光のうち、少なくとも前記撮像手段に入射する光を前記光選択手段により選択された波長の光に変換する光変換手段と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記被測定物に対して、光を射出する光源部を備え、
前記光変換手段は、前記光源部から射出される光を、前記光選択手段にて選択された波長の光に変換する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記光変換手段は、前記被測定物に対して、前記光選択手段にて選択された波長の光を照射する光照射手段である
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記光変換手段は、前記撮像手段の前段に設けられるとともに、前記撮像手段に入射する光を、前記光選択手段にて選択された波長の光に変換する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の撮像装置において、
前記光選択手段は、前記撮像手段に入射した光の高周波成分値および低周波成分値の割合を認識し、前記高周波成分値の割合が最大となる波長の光を選択する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の撮像装置において、
前記光選択手段は、前記撮像手段に入射する光の波長を所定波長毎に順次切り替えて前記測定物対向レンズの焦点距離が前記測定距離に最も近似する波長を認識し、この認識した波長から、前記撮像手段に入射する光の波長を微小変化させて、前記測定物対向レンズの焦点距離が前記測定距離に略一致する波長の光を選択する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の撮像装置において、
前記光選択手段にて選択された前記光の波長に応じて、前記撮像手段にて撮像する前記光の倍率を補正する補正手段を備えた
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の撮像装置において、
前記撮像手段は、モノクロカメラである
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
被測定物に対向して配設される測定物対向レンズと、前記被測定物で反射されて前記測定物対向レンズを透過した画像光を撮像する撮像手段と、を備えた撮像装置における前記測定物対向レンズの焦点合わせ方法であって、
前記測定物対向レンズの焦点距離が前記被測定物から前記測定物対向レンズまでの測定距離と略一致する波長の光を選択し、
前記被測定物から前記撮像手段までの光路を透過する光のうち、少なくとも前記撮像手段に入射する光を前記光選択手段により選択された波長の光に変換する
ことを特徴とする焦点合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定物対向レンズの焦点を自動で合わせる撮像装置、および焦点合わせ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズの焦点を被測定物に合わせる焦点合わせ方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載のものは、レンズの焦点を自動で合わせる機能を有したカメラである。このカメラでは、レンズ系を通過して入射される光のスペクトルを認識し、このスペクトルから焦点距離を計算し、レンズ系を移動させて焦点を合わせる焦点合わせ方法が採られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１７１６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１のような従来の焦点合わせ方法では、レンズ系を移動させる必要があるため、レンズ系の移動に伴って振動が発生してしまい、撮像画像にブレが生じるおそれがあるという問題が挙げられる。また、この振動によるブレをなくすために、レンズ移動後に待ち時間を設ける方法を採ることも考えられるが、このような方法では、撮像までの時間が長くなり、迅速な撮像ができないという問題もある。
【０００６】
本発明は、上記のような問題に鑑みて、画像光撮像時のブレを防止するとともに、迅速な撮像が可能な撮像装置、および焦点合わせ方法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】
【０００７】
本発明の撮像装置は、被測定物に対向して配設される測定物対向レンズと、前記被測定物で反射されて前記測定物対向レンズを透過した画像光を撮像する撮像手段と、を備えた撮像装置であって、前記測定物対向レンズの焦点距離が前記被測定物から前記測定物対向レンズまでの測定距離と略一致する波長の光を選択する光選択手段と、前記被測定物から前記撮像手段までの光路を透過する光のうち、少なくとも前記撮像手段に入射する光を前記光選択手段により選択された波長の光に変換する光変換手段と、を具備したことを特徴とする。
この発明によれば、光選択手段にて、光の色収差により焦点距離が異なる光のうち、レンズから被測定物までの距離が前記焦点距離と略一致する波長の光を選択し、焦点合わせを実施している。一般に、レンズに光が透過する際、光の波長により屈折率が変化して、像にずれが生じる色収差が発生する。本発明は、この特性を利用したものであり、上記のように、レンズを透過する光のうち、レンズから被特定物までの距離と焦点距離とが一致する波長を選択することにより、測定物対向レンズの焦点合わせを実施する。これにより、測定物対向レンズや、その他光学系を構成する他のレンズなどの光学部品を移動させることなく、焦点合わせを実施することができる。従って、測定物対向レンズや他の光学部品の振動などによるブレなどの不都合を防止でき、ブレが収まるまでの待ち時間も不要となるので、迅速な焦点合わせを実施することができる。
【０００８】
また、本発明の撮像装置では、前記被測定物に対して、光を射出する光源部を備え、前記光変換手段は、前記光源部から射出される光を、前記光選択手段にて選択された波長の光に変換することが好ましい。
この発明によれば、光変換手段は、光を照射する光源部から射出された光を、光選択手段にて選択された所定の波長に変換する。これにより、簡単な構成で、光源からの光を容易に光選択手段に選択された波長の光に変換することができる。さらに、被測定物に照射する照射光のみを変更する構成であるため、例えば所定波長の光のみに対応可能な撮像手段などを用いる必要がなく、撮像手段として従来利用されている構成を利用可能であるため、構成を簡単にできる。
【０００９】
さらに、本発明の撮像装置では、前記光変換手段は、前記被測定物に対して、前記光選択手段にて選択された波長の光を照射する光照射手段である構成としてもよい。
この発明によれば、光照射手段は、光選択手段にて選択された光を照明光として射出している。これにより、光照射手段から照射される光を切り換えるだけで、容易に焦点合わせを実施することができる。また、被測定物に照射する照明光を、光選択手段にて選択された単一の波長の光に限定できるため、光照射手段にて光を射出させるのに必要なエネルギーを低減させることができ、省エネルギー化に貢献できる。
【００１０】
さらには、本発明の撮像装置では、前記光変換手段は、前記撮像手段の前段に設けられるとともに、前記撮像手段に入射する光を、前記光選択手段にて選択された波長の光に変換する構成としてもよい。
この発明によれば、光変換手段は、撮像手段に入射する光を、光選択手段にて選択された波長の光に変換している。これにより、測定物対向レンズの焦点距離と一致していない波長の光や外光がフィルタリングされて撮像手段に入光しないため、撮像手段における色収差のずれによるブレを防止でき、焦点が合った波長の光のみを撮像することができる。
【００１１】
そして、本発明の撮像装置では、前記光選択手段は、前記撮像手段に入射した光の高周波成分値および低周波成分値の割合を認識し、前記高周波成分値の割合が最大となる波長の光を選択することが好ましい。
この発明によれば、光選択手段は、撮像手段に入光した光の高周波成分値および低周波成分値を認識し、高周波成分値が最大となる波長の光を選択している。これにより、光選択手段は、画像光の高周波成分値の割合が最大となる、つまり画像解像度が最も高くなる波長の光を選択することで、迅速かつ精度よく焦点合わせを実施することができる。
【００１２】
また、本発明の撮像装置では、前記光選択手段は、前記光処理手段に入射する光の波長を所定波長毎に順次切り替えて前記測定物対向レンズの焦点距離が前記測定距離に最も近似する波長を認識し、この認識した波長から、前記光処理手段に入射する光の波長を微小変化させて、前記測定物対向レンズの焦点距離が前記測定距離に略一致する波長の光を選択することが好ましい。
この発明によれば、光選択手段は、光処理手段にて処理する光の波長を所定波長毎に順次切り替えて、測定物対向レンズの焦点距離が測定距離に最も近似する波長をサーチする、いわゆる粗動サーチ動作を実施した後、この波長から波長を微小変化させて測定物対向レンズの焦点距離が測定距離に略一致する波長をサーチする、いわゆる微動サーチ動作を実施している。したがって、粗動サーチ動作により、迅速に測定物対向レンズの焦点距離が測定距離に最も近似する波長を見つけ出すことができ、焦点合わせに要する時間を短縮することができる。また、微動サーチ動作により、測定物対向レンズの焦点距離が測定距離に略一致する波長を正確にサーチすることができ、良好な焦点合わせを実施することができる。
【００１３】
そして、本発明の撮像装置では、前記光選択手段にて選択された前記光の波長に応じて、前記撮像手段にて処理する前記光の倍率を補正する補正手段を備えることが好ましい。
この発明によれば、補正手段は、光選択手段にて選択された光の波長に応じて、撮像手段にて撮像される光の倍率を補正する。一般に、光の波長によりレンズを投下する屈折角が変化し、レンズ系の倍率が変化するが、本発明では、補正手段により選択された波長に応じて、この倍率を補正するため、倍率の変化による不都合を改善することができる。したがって、撮像装置は、適切な焦点合わせおよび適切な倍率により、より良好に画像光を撮像することができる。
【００１４】
また、本発明の撮像装置では、前記撮像手段は、モノクロカメラであることが好ましい。
この発明によれば、撮像手段は、画像光をモノクロ状態にて撮像するモノクロカメラである。これにより、光選択手段により選択された波長の光を、明度の差により的確に撮像することができ、例えばカラーカメラなどにてカラー撮像する場合に比べて、解像度が高い画像を撮像することができる。
【００１５】
そして、本発明の焦点合わせ方法は、被測定物に対向して配設される測定物対向レンズと、前記被測定物で反射されて前記測定物対向レンズを透過した画像光を撮像する撮像手段と、を備えた撮像装置における前記測定物対向レンズの焦点合わせ方法であって、前記測定物対向レンズの焦点距離が前記被測定物から前記測定物対向レンズまでの測定距離と略一致する波長の光を選択し、前記被測定物から前記撮像手段までの光路を透過する光のうち、少なくとも前記撮像手段に入射する光を前記光選択手段により選択された波長の光に変換することを特徴とする。
この発明によれば、測定物対向レンズにより屈折される光のうち、被測定物の設置位置と前記測定物対向レンズの焦点位置とが略一致する波長の光を選択している。このため、上記発明と同様の作用効果が得られ、すなわち、測定物対向レンズやその他の光学部品を移動させることがないため、振動などによるブレを防止でき、迅速かつ良好な焦点合わせが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態の撮像装置を備えた測定装置を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態の測定装置の概略を示す構成図である。図２は、前記実施の形態のレンズ系を構成する対物レンズを通過する光を示す図である。図３は、前記実施の形態のレンズ系を構成する対物レンズの焦点距離の波長依存性を示す図である。図４は、前記実施の形態の測定装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。図５は、前記実施の形態の制御装置におけるＣＰＵの概略構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態の測定装置１は、被測定物の画像を撮像し、撮像した画像を測定する装置である。そして、この測定装置１は、図１に示すように、被測定物Ａを保持する台座部１０と、台座部１０に対向して設けられる撮像装置としての顕微鏡２０と、顕微鏡２０および台座部１０に接続される制御装置３０とを備えている。
【００１８】
台座部１０は、測定対象となる被測定物Ａを保持するとともに移動可能に設けられるステージ１１と、このステージ１１を所定方向に移動させる送りステージ１２と、送りステージ１２の動作を制御するステージ制御部１３とを備えている。
【００１９】
ステージ１１には、被測定物Ａを後述の顕微鏡２０に対向する状態に保持、または載置される。このステージ１１は、送りステージ１２の制御により、所定方向に移動可能に設けられている。
【００２０】
送りステージ１２は、例えば図示しないステージ稼動部を備えている。このステージ稼動部としては、例えばステージ１１の移動方向に延出するスクリュ部材にステージ１１の一部を係合させる構成であってもよく、いかなる構成のものであってもよい。また、ステージ１１を移動させる方向としても、例えばステージ１１の平面方向における１直線方向のみであってもよく、平面方向における２軸ｘｙ方向に沿って移動させる構成としてもよい。また、この平面方向に略直交する垂直方向（ｚ方向）に移動させる構成などとしてもよい。そして、このステージ稼動部は、ステージ制御部１３に接続され、ステージ制御部１３の制御により稼動されてステージ１１を所定方向に移動させる。
【００２１】
ステージ制御部１３は、制御装置３０に接続され、制御装置３０から入力される制御信号に基づいて、送りステージ１２のステージ稼動部の動作を制御し、ステージ１１を所定方向に所定量移動させる。
【００２２】
顕微鏡２０は、前記したように、台座部１０に対向する位置に設けられている。この顕微鏡２０は、台座部１０のステージ１１に載置または保持された被測定物Ａの被測定面を反射した光を取得して、制御装置３０に出力する。そして、顕微鏡２０は、図１に示すように、本体部２１と、撮像手段２２と、光照射手段としての光源装置２３とを備えている。
【００２３】
本体部２１は、撮像手段２２に光を導く光導通部２１１と、台座部１０に載置される被測定物Ａに対向する鏡筒２１２と、を備えている。これらの光導通部２１１および鏡筒２１２は、略筒状に形成され、筒内周面に複数のレンズなどの光学部品が配設されている。
【００２４】
光導通部２１１は、前記したように、内部にレンズなどの図示しない光学部材が配設されており、鏡筒２１２を透過した光を撮像手段２２に導く。また、光導通部２１１の内部には、光源装置２３から導入された光を鏡筒２１２側に反射し、鏡筒２１２からの光を撮像手段２２側に透過するハーフミラー２１１Ａを備えている。
【００２５】
鏡筒２１２は、例えば光導通部２１１に着脱自在に設けられている。そして、被測定物Ａの測定時に、測定状態や測定目的に応じて、倍率の異なる鏡筒２１２に交換可能となっている。また、光導通部２１１に、例えばレボルバを回転可能に設置し、このレボルバに複数の鏡筒２１２が固定された構成などとしてもよい。
【００２６】
ここで、鏡筒２１２の最外部（最も被測定物Ａに近い位置）に設けられて、被測定物Ａに対向する測定物対向レンズとしての対物レンズ２１２Ａでは、図２に示すように、色収差が発生する。すなわち、対物レンズ２１２Ａを透過する光は波長により異なる屈折率で透過し、対物レンズ２１２Ａの焦点距離が波長によって異なる値となる。具体的には、対物レンズ２１２Ａの焦点距離は、図３に示すように、波長の増大に伴って増大する。従って、対物レンズ２１２Ａから被測定物Ａまでの距離が焦点距離と一致する波長の光では、撮像手段２２において焦点が合った良好な結像状態の画像を撮像することが可能となる。
【００２７】
撮像手段２２は、本体部２１を透過した光を撮像する。この撮像手段２２としては、例えばＣＣＤ（Charge-Coupled Device）など、各種カメラ装置を利用することができる。また、撮像手段２２は、本体部２１を通過した画像光を、明度の差に応じて撮像する、いわゆるモノクロ形式で画像を撮像する。そして、撮像手段２２は、制御装置３０と電気的に接続され、撮像により取得した画像データを適宜制御装置３０に出力する。
【００２８】
光源装置２３は、光源部２３１と、波長変換手段としての液晶チューナブルフィルタ２３２と、を備えている。
光源部２３１は、制御装置３０に電気的に接続され、制御装置３０から供給される電力により、本体部２１に向かって光を射出する。
【００２９】
液晶チューナブルフィルタ２３２は、光源部２３１の光射出面に隣接して設けられている。この液晶チューナブルフィルタ２３２は、光源部２３１から射出された光を、所定の波長に変換して、本体部２１に向かって射出する。
具体的には、液晶チューナブルフィルタ２３２は、内部に例えば複数の偏光フィルタや液晶セルなどの光学部材が積層されて構成されている。この液晶チューナブルフィルタ２３２は、制御装置３０に電気的に接続されており、制御装置３０から入力される信号に応じて、液晶セルへの印加電圧を変化させることで、液晶セルを透過する光の波長を任意の波長に変化させる。
【００３０】
制御装置３０は、台座部１０のステージ１１の動作、顕微鏡２０の撮像手段２２および光源装置２３の動作を制御する。この制御装置３０としては、例えば台座部１０や顕微鏡２０に接続されるパーソナルコンピュータなどを例示できる。そして、この制御装置３０は、図４に示すように、入出力部３１と、入力操作部３２と、表示部３３と、メモリ３５と、記録部３４と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３６とを備えている。
【００３１】
入出力部３１は、台座部１０のステージ制御部１３、撮像手段２２、および光源装置２３などと接続可能な図示しない入出力端子を備えている。また、この入出力部３１は、ＣＰＵ３６と電気的に接続され、撮像手段２２から入力された画像信号をＣＰＵ３６に適宜出力する。また、入出力部３１は、ＣＰＵ３６から入力された各種制御信号を、ステージ制御部１３や光源装置２３に出力する。
【００３２】
入力操作部３２は、例えばキーボード、コントローラ、マウス、操作ボタン、操作つまみなど、各種操作部を備え、これらの操作部から入力される入力信号を適宜ＣＰＵ３６に出力する。また、入力操作部３２としては、例えば図示しないリモコン装置からの入力信号を受信し、受信した入力信号をＣＰＵ３６に出力する構成などとしてもよい。
また、入力操作部３２から入力される入力信号としては、ステージ１１の移動に関するステージ移動要求信号、光源装置２３の点灯に関する点灯要求信号、撮像手段２２からの画像データを取り込む旨の画像取得信号、画像データの記録に関する記録要求信号、画像データの補正に関する画像補正要求信号、画像データの表示に関する表示要求信号、被測定物Ａまでの焦点合わせを実施する旨の焦点合わせ要求信号などの各種要求信号や、測定装置１の各種設定事項の入力信号などが例示できる。
【００３３】
表示部３３は、ＣＰＵ３６から入力される各種画像データを表示領域３３１に出力させる。この画像データとしては、例えば撮像手段２２にて撮像された撮像画像データ、記録部３４に記録された画像データ、制御装置３０や測定装置１の設定事項などの入力を促す旨の操作支援画像データなどが挙げられる。
【００３４】
記録部３４は、測定装置１や制御装置３０の各種設定事項に関する情報や、撮像手段２２にて撮像された撮像画像データなど、各種情報を記録する。なお、測定装置１や制御装置３０の各種設定事項に関する情報などは、後述のメモリ３５に読み出し可能に記録される構成などとしてもよい。
【００３５】
メモリ３５は、制御装置３０全体を動作制御するＯＳ（Operating System）上に展開される各種プログラムなどを記憶している。
また、メモリ３５は、所定倍率のレンズに対して所定波長の光を透過させた際の倍率変化率を示す倍率補正データテーブルが記録されている。
ここで、この倍率補正データテーブルは、例えば、レンズデータと、波長データと、補正データとを関連付けた倍率補正データをテーブルデータ構造にて複数記録している。レンズデータには、例えば対物レンズ２１２Ａの倍率など、レンズに関するデータが記録されている。波長データには、レンズデータに特定されるレンズを透過する光の波長に関するデータが記録されている。補正データには、レンズデータに記録されたレンズに、波長データに記録された波長の光を透過させた際の倍率の変化率を記録されている。
【００３６】
ＣＰＵ３６は、図５に示すように、ステージ動作制御手段３６１と、画像認識手段３６２と、光選択手段としての波長選択手段３６３と、補正手段としての画像補正手段３６４と、画像出力手段３６５とを備えている。
【００３７】
ステージ動作制御手段３６１は、入力操作部３２から入力されるステージ移動要求信号を認識する。そして、このステージ移動要求信号に応じて、ステージ制御部１３にステージ１１の移動方向、移動量などに関する制御信号を出力し、ステージ１１を所定方向に移動させる制御をする。
【００３８】
画像認識手段３６２は、例えば入力操作部３２から画像取得信号が入力されたことを認識すると、撮像手段２２を制御して、撮像画像データを撮像させる。また、画像認識手段３６２は、撮像手段２２から入力される撮像画像データを認識する。
【００３９】
波長選択手段３６３は、対物レンズ２１２Ａの焦点距離が、鏡筒２１２の対物レンズ２１２Ａから被測定物Ａまでの距離と略一致する波長（以後、目標波長と称す）を選択する（焦点合わせ動作）。また、波長選択手段３６３は、液晶チューナブルフィルタ２３２を制御して、選択された波長の光を光源装置２３から射出させる制御をする。
具体的には、波長選択手段３６３は、液晶チューナブルフィルタ２３２を制御して、所定波長範囲内において、所定波長毎の光を順次照射させ、画像認識手段３６２にて認識される撮像画像データの高周波成分値と低周波成分値との割合を演算する、粗動サーチ動作を実施する。そして、この粗動サーチ動作において、高周波成分値の割合が最も大きい波長の光を認識する。次に、波長選択手段３６３は、液晶チューナブルフィルタ２３２を制御して、粗動サーチ動作において高周波成分値の割合が最も大きい波長の光から、順次波長を微小変化させ、画像認識手段３６２にて認識される撮像画像データの高周波成分値と低周波成分値との割合を演算する、微動サーチ動作を実施する。そして、この微動サーチ動作において、高周波成分値の割合が最大となる波長の光を、鏡筒２１２の対物レンズ２１２Ａから被測定物Ａまでの距離と、対物レンズ２１２Ａの焦点距離が略一致する波長を目標波長として選択する。
【００４０】
画像補正手段３６４は、撮像画像データを、波長選択手段３６３にて選択された波長の光に対応した倍率に補正する。すなわち、撮像手段２２にて撮像される画像光は、鏡筒２１２の対物レンズ２１２Ａなどの各レンズを透過することにより所定倍率に補正されるが、前記したように光の波長により、各レンズを透過する際の屈折率が変化し、倍率も微小に変化する。画像補正手段３６４は、この屈折率の微小変化分を、メモリ３５に記録された倍率補正データテーブルに基づいて補正する。具体的には、画像補正手段３６４は、倍率補正データテーブルから、本体部２１の各レンズに対応するレンズデータが記録された倍率補正データを認識する。また、画像補正手段３６４は、これらの倍率補正データから、波長選択手段３６３にて選択された波長に対応する波長データを有する倍率補正データを認識し、この倍率補正データの補正データを認識する。そして、画像補正手段３６４は、認識した補正データに記録された倍率変化率に基づいて、画像認識手段３６２にて認識した撮像画像データの倍率を補正する。なお、画像補正手段３６４は、入力操作部３２から画像補正要求信号が入力された場合にのみ、撮像画像データの倍率を補正するものであってもよい。
【００４１】
画像出力手段３６５は、例えば、入力操作部３２から表示要求信号が入力されたことを認識すると、画像補正手段３６４にて補正された撮像画像データを表示部３３に出力し、表示部３３の表示領域３３１に表示させる制御をする。また、画像出力手段３６５は、入力操作部３２から記録要求信号が入力されたことを認識すると、撮像画像データを記録部３４に記録する制御をする。さらに、画像出力手段３６５は、例えば入力操作部３２からの入力信号に基づいて、その他のデバイス、例えばプリンタ機器や、その他の表示デバイスなどに撮像画像データを出力する制御をする。
【００４２】
［測定装置の動作］
次に上述したような測定装置１の動作について、図面に基づいて、説明する。
図６は、測定装置１における測定動作を示すフローチャートである。
【００４３】
図６において、測定装置１の電源をＯＮ状態にし、台座部１０、顕微鏡２０、および制御装置３０のそれぞれに電力を供給する。そして、利用者による制御装置３０の入力操作部３２の操作により、被測定物Ａを載置したステージ１１を移動させる旨のステージ移動要求信号が入力されると、制御装置３０のステージ動作制御手段３６１は、ステージ移動要求信号に応じて、被測定物Ａを測定可能な位置にステージ１１を移動させる制御をする（ステップＳ１０１）。
【００４４】
この後、制御装置３０は、利用者による入力操作部３２の入力操作により、測定を開始する旨の入力信号が入力されると、顕微鏡２０の光源装置２３の光源部に電力を供給し、測定光を被測定物Ａに照射させる制御をする（ステップＳ１０２）。
【００４５】
次に、制御装置３０は、顕微鏡２０の焦点合わせ動作を実施する。なお、この焦点合わせ動作は、入力操作部３２から焦点合わせ要求信号が入力された場合にのみ実施してもよく、例えば測定装置１に電力が供給されると自動的に実施されるものであってもよい。
この焦点合わせ動作では、先ず、ＣＰＵ３６の波長選択手段３６３は、粗動サーチ動作を実施する（ステップＳ１０３）。すなわち、波長選択手段３６３は、所定波長範囲内において所定波長毎の光を順次照射させる。例えば、波長選択手段３６３は、液晶チューナブルフィルタ２３２を制御して、４００ｎｍ〜１４００ｎｍの範囲内で、例えば２００ｎｍ間隔で、４００ｎｍ、６００ｎｍ、８００ｎｍ、１０００ｎｍ、１２００ｎｍ、１４００ｎｍの照明光を順次切り替えて光源装置２３から照射させる。この時、画像認識手段３６２は、撮像手段２２を制御して、これらの照明光が被測定物Ａにより反射された画像光を撮像し、撮像画像データを認識する。この後、波長選択手段３６３は、撮像手段２２にて撮像されたこれらの撮像画像データの高周波成分および低周波成分の割合を演算する。これには、例えば撮像画像データの波形を離散的コサイン変換（DCT : Discrete Cosine Transform）し、高周波成分値および低周波成分値の割合を演算する方法などが例示できる。そして、波長選択手段３６３は、照射した光のうち、高周波成分値の割合が最も大きくなった波長を認識する。
【００４６】
この後、波長選択手段３６３は、微動サーチ動作を実施する（ステップＳ１０４）。すなわち、波長選択手段３６３は、液晶チューナブルフィルタ２３２を制御して、ステップＳ１０３にて認識した、高周波成分値の割合が最も大きくなった波長から、波長を連続的に微小変化させ、ステップＳ１０４と同様に、撮像画像データの高周波成分値および低周波成分値の割合を演算する。そして、波長選択手段３６３は、高周波成分値の割合が最大となる波長を、被測定物Ａまでの距離と対物レンズ２１２Ａの焦点距離とが略一致する目的波長であると認識し、液晶チューナブルフィルタ２３２の液晶セルに印加する電圧を制御して、光源装置から前記認識した目標波長の光を射出させる（ステップＳ１０５）。
【００４７】
そして、測定装置１は、ステップＳ１０５において射出され、被測定物Ａで反射され、撮像手段２２に入射された光を撮像する。この時、制御装置３０の画像補正手段３６４は、撮像手段２２にて撮像された撮像画像データに、ステップＳ１０５にて設定された目標波長に応じて所定倍率に補正する（ステップＳ１０６）。具体的には、画像補正手段３６４は、メモリ３５に記憶された倍率補正データテーブルから、本体部２１の各レンズに対応するレンズデータが記録された倍率補正データを認識し、さらに、これらの倍率補正データから、目標波長に対応する波長データを有する倍率補正データを認識する。そして、画像補正手段３６４は、この倍率補正データの補正データに記録された倍率変化率に基づいて、撮像画像データの倍率を補正する。なお、このステップＳ１０６の処理は、例えば入力操作部３２から画像補正要求信号の入力が認識された場合にのみ実施するものであってもよい。
【００４８】
この後、制御装置３０は、利用者による入力操作部３２の入力操作により、記録要求信号や表示要求信号が入力されると、画像出力手段３６５は、所定のデバイスにステップＳ１０６にて補正された撮像画像データを出力させる制御をする。例えば、画像出力手段３６５は、記録要求信号を認識すると、撮像画像データを記録部３４に出力し、記録部３４に記録させる制御をする。また、画像出力手段３６５は、表示要求信号を認識すると、撮像画像データを表示部３３に出力し、表示領域３３１にて表示させる制御をする。この他、画像出力手段３６５は、例えばプリンタなどの他のデバイスに撮像画像データを出力させる制御をしてもよい。
【００４９】
［測定装置の作用効果］
上述したように、上記実施の形態の測定装置１では、複数のレンズが設けられる本体部２１と、対物レンズ２１２Ａを透過する光の焦点距離が、被測定物Ａから鏡筒２１２の対物レンズ２１２Ａまでの距離と略一致する目標波長の光を選択する波長選択手段３６３と、この波長選択手段３６３にて選択された波長の光を撮像する撮像手段２２と、を備えている。
このため、測定装置１において、レンズの焦点合わせ動作を実施する際に、波長を選択するだけで、レンズ系の各レンズを移動させることなく焦点合わせを実施することができるので、レンズ系の振動などの問題がなく、撮像手段２２にてブレがない高精度な画像を撮像できる。また、レンズ系の振動がないため、これらの振動が静止するまでの待ち時間も不要であり、焦点合わせ動作実施後、迅速に画像の撮像処理を実施でき、処理の高速化を図ることができる。
【００５０】
また、顕微鏡２０の光源装置２３は、波長選択手段３６３にて選択された目標波長の光を被測定物Ａに向かって射出している。
このため、波長選択手段３６３により選択された目標波長を光源装置２３から射出させて、被測定物Ａにより反射されて複数のレンズを透過した光は、対物レンズ２１２Ａの焦点距離と、被測定物Ａおよび対物レンズ２１２Ａの距離とが略一致し、焦点が合った画像光を撮像手段２２にて撮像することができる。また、被測定物Ａに照射する光を、単一の目標波長の光に限定でき、不要な波長の光が被測定物Ａに反射されることがなく、  必要な目標波長の光を良好に撮像手段２２にて撮像することができる。
【００５１】
この時、波長選択手段３６３は、光源装置２３の液晶チューナブルフィルタ２３２に印加する電圧を制御して、光源装置２３から目標波長の光を射出させている。
このため、光源装置２３の光源部２３１からの光を液晶チューナブルフィルタ２３２に印加される電圧を調整することで目標波長に変換することができるので、波長変換の際に振動などが生じず、撮像手段２２にて撮像処理する際にもブレなどの不都合がなく、良好な撮像処理を実施できる。また、光源部２３１からの光を簡単な構成で目標波長の光に変換することができ、構成を簡単にできる。
【００５２】
さらに、制御装置３０の画像補正手段３６４は、撮像手段２２にて撮像された撮像画像データを波長選択手段３６３にて選択された目標波長に応じた倍率に補正している。
このため、対物レンズを構成する複数のレンズ群の倍率に、撮像画像データを良好に補正することができる。したがって、例えば撮像画像データに基づいて被測定物Ａの寸法などを測定する場合でも、正確な倍率の撮像画像データにより良好な測定を実施することができる。
【００５３】
そして、本実施の形態では、光処理装置として、被測定物Ａにて反射された画像光を撮像する撮像手段２２を用いている。これにより、上記したように、ブレなどの不都合がなく、焦点が合った良好な画像を迅速に撮像することができる。
【００５４】
また、撮像手段２２として、光の明度の差により画像光を撮像する、いわゆるモノクロカメラを用いている。
本実施の形態のように、波長選択手段３６３により選択された単一の目標波長の光を撮像する場合、例えば複数色を撮像可能なカラーカメラを用いる場合に比べて、高解像度で対象となる波長の光を確実に認識して撮像するため、より精度の高い明確な画像を撮像することができる。したがって、被測定物Ａの細部を測定する場合などにおいて、より精度の高い測定を実施することができる。
【００５５】
そして、波長選択手段３６３は、目標波長を選択する際に、先ず粗動サーチ動作を実施し、その後微動サーチ動作を実施する。すなわち、波長選択手段３６３は、所定波長範囲内で、光源装置２３から射出される照明光の波長を所定波長毎（例えば、本実施の形態では、２００ｎｍ毎）に変化させ、の高周波成分値および低周波成分値の割合を演算し、これらの波長のうち、高周波成分値の割合が最大となる波長を選択する。そして、この選択された波長から、波長を微小変化させた照明光を光源装置２３から射出させ、これらの微小変化した波長のうち、高周波成分値の割合が最大となる目標波長を選択する。
このため、目標波長を選択するために、例えば低波長帯から順次波長を微小変化させて目標波長をサーチする場合などにくらべ、迅速に目標波長をサーチすることができ、焦点合わせに要する時間を短縮することができる。したがって、測定装置１における測定動作も迅速に実施できる。
【００５６】
〔他の実施の形態〕
なお、本発明は前述の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、改良等は本発明に含まれるものである。
【００５７】
例えば、上記実施の形態では、光源装置２３の液晶チューナブルフィルタ２３２により、光源からの光を所定波長の光に変調し、本体部２１に向かって射出する構成を例示したが、これに限らない。
例えば、図７に示すように、本体部２１と撮像手段２２との間に液晶チューナブルフィルタ２１３が設けられる構成などとしてもよい。この場合、光源装置２３Ａからは、光源部から複数波長の光により構成される白色照明光が射出される。そして、被測定物Ａにより反射された光は、本体部２１を透過し、液晶チューナブルフィルタ２１３に入射する。ここで、液晶チューナブルフィルタ２１３は、制御装置３０の波長選択手段３６３の制御により、入射光を目標波長の光に変換し、撮像手段２２に射出させる。これにより、対物レンズ２１２Ａから被測定物Ａまでの測定距離と、対物レンズ２１２Ａの焦点距離が略一致した波長の光のみを撮像手段２２にて撮像することができる。
このような構成でも、上記実施の形態と同様の作用効果が得られ、すなわち、レンズ系の移動によるブレなどがなく、焦点距離が合った良好な画像を撮像手段２２にて撮像することができる。
【００５８】
また、液晶チューナブルフィルタ２３２により、所定波長の光に変調する構成を示したが、例えば所定波長の光のみを透過する液晶フィルタを用いる構成などとしてもよい。この液晶フィルタは、上記実施の形態のように、光源装置２３の液晶チューナブルフィルタ２３２に代わって設置されてもよく、上記図７に示す例の液晶チューナブルフィルタ２１３に代わって設置されていてもよい。このような構成では、波長選択手段３６３は、選択された目標波長のみが透過可能な状態に、液晶フィルタに印加する電圧を変化させる。この場合でも、上記実施の形態と同様に、レンズ系の移動によるブレなどがなく、焦点が合った画像光を撮像手段２２にて撮像することができる。
【００５９】
さらに、光源装置は、任意の波長の光を射出可能な光照射手段を有する構成としてもよい。この場合、光源装置は、波長選択手段３６３により選択された目標波長の光を被測定物Ａに向かって射出する。このような構成では、上記実施の形態の作用効果に加えて、液晶チューナブルフィルタ２３２が不用となる分、構成をより簡単にすることができる。
【００６０】
そして、光源装置は、本体部２１に照明光を照射して本体部２１に設けられるハーフミラー２１１Ａにより照明光を被測定物に向かって反射させる構成を示したが、これに限定されない。例えば、台座部１０のステージ１１が透明ガラスなど、光を透過する部材にて構成され、ステージ１１の被測定物Ａの保持位置とは反対側面に光源装置が設けられる構成としてもよい。また、対物レンズや本体部の側方から直接被測定物Ａに照明光を照射する光源装置を設ける構成などとしてもよい。
【００６１】
また、制御装置３０として、パーソナルコンピュータを例示したが、これに限定されず、他の制御装置が接続されるものであってもよい。例えば、ＣＰＵ３６および、ＣＰＵ３６にて展開されて動作する各種プログラムを記録したメモリ３５を備えた制御装置であればよい。この場合、例えば測定装置１の電源をＯＮ状態にすると、制御装置３０により自動的に焦点合わせを実施し、撮像手段２２に設けられる図示しない撮像ボタンが押下されることで撮像手段２２に入光した画像データを撮像する構成などとしてもよい。
また、制御装置３０と表示部３３とが別体として設けられ、撮像手段２２から入力された画像を適宜ケーブル線などの通信線を介して表示部３３に出力される構成などとしてもよい。
【００６２】
さらに、上記実施の形態では、画像補正手段３６４にて、撮像画像データを補正する構成としたが、画像補正手段３６４が設けられない構成であってもよい。この場合、画像出力手段３６５は、画像認識手段３６２にて認識された撮像画像データを、そのまま表示部３３や記録部３４に出力する。このような構成では、画像補正手段３６４がなく、倍率補正データも不要となるため、制御装置３０の構成を簡単にでき、処理速度の向上、メモリ３５における空き容量の確保に貢献できる。
【００６３】
さらには、波長選択手段３６３は、粗動サーチ動作の実施の後、微動サーチ動作を実施することにより目標波長を選択する構成としたが、これに限定されず、例えば、液晶チューナブルフィルタ２３２にて変調可能な最低または最高波長から、波長を微小変化させていき、高周波成分値の割合が最高となる波長をサーチする構成などとしてもよい。
また、波長選択手段３６３は、例えば粗動サーチ動作を実施の後、高周波成分値の割合が最大であった波長と、その波長より所定周波数だけ離れた波長とを認識し、高周波成分値の割合が最大であった波長から所定周波数だけ離れた波長間でさらに粗動サーチ動作を実施する構成などとしてもよい。例えば、粗動サーチ動作において、２００ｎｍ毎に粗動サーチ動作を実施し、８００ｎｍの高周波成分値が最大値となった場合、６００ｎｍから１０００ｎｍの範囲内で、例えば１００ｎｍ毎の粗動サーチ動作を実施し、この後、微動サーチ動作を実施するなどしてもよい。さらに、上記のような粗動サーチ動作を複数回、サーチ幅を減少させて実施した後、微動サーチ動作を実施するなどしてもよい。
以上のように、波長選択手段３６３による、焦点距離が測定距離と略一致する波長をサーチする動作はいかなる手法を用いてもよい。
【００６４】
そして、上記実施の形態では、撮像手段２２としてモノクロカメラを用いる構成としたが、例えばカラーカメラなどを用いてもよい。
【００６５】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、レンズ系の焦点を自動で合わせる撮像装置、および焦点合わせ方法に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施の形態の測定装置の概略を示す構成図である。
【図２】前記実施の形態のレンズ系を構成する対物レンズを通過する光を示す図である。
【図３】前記実施の形態のレンズ系を構成する対物レンズの焦点距離の波長依存性を示す図である。
【図４】前記実施の形態の測定装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】前記実施の形態の制御装置におけるＣＰＵの概略構成を示すブロック図である。
【図６】前記実施の形態の測定装置における測定動作を示すフローチャートである。
【図７】他の実施の形態における測定装置の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６８】
Ａ…被測定物、２０…撮像装置としての顕微鏡、２２…撮像手段、２１２Ａ…測定物対向レンズとしての対物レンズ、２３１…光源部、２３２，２１３…光変換手段としての液晶チューナブルフィルタ、３６３…光選択手段としての波長選択手段、３６４…補正手段としての画像補正手段。
【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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